Sensor yang Dapat Dipakai Mendeteksi Gas Beracun, Dengan Hologram
Peneliti dari Universitas Sains &Teknologi Pohang (POSTECH) telah membuat sensor gas kecil yang dapat Anda tempatkan di kacamata atau sarung tangan Anda seperti stiker. Dengan tampilan hologram, sensor segera memberi tahu pengguna tentang deteksi gas yang mudah menguap.
Teknologi yang dapat dikenakan suatu hari nanti dapat membantu mencegah kecelakaan gas yang terkait dengan kebocoran gas beracun di pabrik, kebocoran karbon monoksida pada boiler, atau mati lemas gas beracun selama pembersihan lubang got.
Cara Kerja Sensor Gas yang Dapat Dipakai
Sensor 300 x 300 m terdiri dari metasurface dan sel kristal cair (LC), yang sensitif terhadap gas beracun. Saat gas terdeteksi, orientasi sel berubah untuk membentuk peringatan khusus.
Hologram dihasilkan oleh metasurface, yang membuat objek yang terlihat menghilang dengan mengontrol indeks bias cahaya.
Perubahan orientasi kristal cair dalam sel membalikkan polarisasi melingkar dari cahaya yang masuk dari kanan ke kiri.
Cahaya terpolarisasi sirkular ini kemudian berinteraksi dengan metasurface, yang dirancang untuk menghasilkan dua hologram berbeda — satu untuk setiap polarisasi cahaya.
Dalam "keadaan aman" LC dikonfigurasi untuk menghasilkan polarisasi cahaya yang menghasilkan hologram "aman". Paparan gas beracun mempengaruhi LC untuk berorientasi dengan cara menghasilkan polarisasi melingkar yang berlawanan, menghasilkan sinyal hologram "alarm".
"Kami memperoleh distribusi fase yang menghasilkan gambar yang diinginkan dan mengatur struktur nano pada permukaan meta yang sesuai," kata peneliti POSTECH Trevon Badloe. "Kemudian, ketika metasurface diterangi dengan cahaya terpolarisasi sirkular, gambar holografik ditampilkan."
Badloe dan timnya menempelkan metasurface ke permukaan melengkung dari sepasang kacamata pengaman.
Dengan metasurface, sensor gas dapat melayangkan alarm gambar holografik di ruang angkasa hanya dalam beberapa detik dengan mengontrol polarisasi cahaya yang ditransmisikan. Hologram dapat dibuat muncul di atas sampel, atau di mana pun pemakainya memutuskan untuk meletakkannya, kata Badloe.
"Kami menggunakan iluminasi laser untuk menghasilkan hologram, namun kami berencana untuk mengintegrasikan perangkat dengan sumber cahaya kecil seperti OLED atau MicroLED untuk membuat perangkat on-chip yang lengkap di masa depan," kata peneliti.
Tidak seperti sensor gas komersial konvensional lainnya, perangkat POSTECH tidak memerlukan dukungan dari perangkat mekanis atau elektronik eksternal.
Dalam tes, para peneliti menggunakan isopropil alkohol, zat beracun yang menyebabkan sakit perut, sakit kepala, dan pusing, sebagai target gas berbahaya. Menurut penelitian tim, sensor mendeteksi bahkan gas dalam jumlah kecil sekitar 200ppm.
Sensor gas yang fleksibel dan dapat dipakai dibuat dengan cepat, melalui metode pencetakan nanokomposit satu langkah. Struktur metasurface, yang sebelumnya diproses pada substrat keras, di-nanocasting pada substrat melengkung atau fleksibel dalam satu langkah.
Apa Selanjutnya?
Selanjutnya, para peneliti akan mengembangkan sensor lingkungan berkinerja tinggi yang menampilkan jenis dan tingkat konsentrasi gas atau biokimia di sekitarnya dengan alarm holografik. Para insinyur juga mempelajari teknik desain optik yang dapat mengkodekan berbagai gambar holografik. Studi tersebut, jika berhasil, dapat digunakan untuk mengurangi kecelakaan yang disebabkan oleh kebocoran biokimia atau gas.
Pembuat sensor, menurut Badloe dan timnya, yang dipimpin oleh profesor POSTECH Profesor Junsuk Rho, berharap dapat mengintegrasikan teknologi tersebut dengan sistem tampilan AR tipe kaca yang sedang dikembangkan di Apple, Samsung, Google, dan Facebook.
Badloe, anggota kelompok Profesor Rho dan rekan penulis makalah terbaru para peneliti di Science Advances , berbicara dengan Ikhtisar Teknologi melalui email tentang bagaimana dia membayangkan masa depan gambar holografik. Badloe berkomunikasi atas nama timnya dan berkoordinasi dengan Dr. Inki Kim, penulis utama makalah ini.
Ringkasan Teknologi :Seperti apa tampilan "alarm holografik visual langsung"?
Trevon Badloe :Alarm holografik visual dapat menampilkan gambar yang dipilih untuk status aman dan peringatan; ini dapat mencakup teks, gambar, atau simbol. Metode perancangan dan pengkodean gambar ke dalam metasurface holografik sudah dikenal luas, sehingga dipilih sebelum proses fabrikasi.
Ringkasan Teknologi :Gas apa yang dapat dideteksi dengan sensor ini?
Trevon Badloe :Karena fungsi sensor gas hanya bergantung pada sel kristal cair, selektivitas respons terhadap gas beracun tertentu juga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat. Kami menguji dan memverifikasi waktu respons saat merasakan kloroform, aseton, toluena, IPA, p-xilena, metanol, dan DMF. Waktu respons sinyal "aman" hingga "alarm" bergantung pada dosis dan jenis gas.
Ringkasan Teknologi s : H bagaimana Anda mendesain hologram yang berbeda di permukaan meta?
Trevon Badloe :Prosesnya cukup terlibat, tetapi dipahami dengan baik.
Pertama, kita perlu menghasilkan peta fase secara digital yang menghasilkan pola interferensi yang diperlukan (yaitu, gambar yang ingin kita tampilkan) di lokasi yang diinginkan. Desain hologram dilakukan secara komputasi, yang dikenal sebagai holografi yang dihasilkan komputer (CGH). Di sini kami menggunakan CGH "fase saja". Pembuatan peta fase untuk gambar yang diperlukan cukup mudah dan dipahami dengan baik, paling sering menggunakan algoritma Gerchberg-Saxton . Kemudian, peta fase ini secara fisik dikodekan ke metasurface menggunakan struktur nano yang dirancang untuk menunjukkan karakteristik fase yang diperlukan.
Ringkasan Teknologi :Apakah ini proses yang menantang untuk membuat dua hologram terpisah?
Trevon Badloe :Kami mengambil keuntungan dari fakta bahwa kami dapat menginduksi polarisasi cahaya yang sama dan berlawanan (terpolarisasi sirkular kiri dan kanan). Kemudian, kita dapat menggabungkan dua peta fase yang berbeda dengan cara yang memungkinkan kita untuk mengkodekan struktur nano menggunakan karakteristik fase yang melekat, ditambah kompensasi tambahan yang hanya terkait dengan rotasi struktur nano (dikenal sebagai fase propagasi dan geometrik, masing-masing. ).
Ringkasan Teknologi :Bisakah Anda membawa saya melalui contoh penerapan sensor ini?
Trevon Badloe :Menggunakan sel kristal cair dan metasurface yang fleksibel memungkinkan kami menerapkan alarm visual penginderaan gas ke permukaan apa pun, terlepas dari permukaannya yang halus dan rata. Sebagai contoh, kami menempelkan metasurface ke permukaan melengkung dari sepasang kacamata pengaman. Mereka juga dapat dipasang di suatu tempat seperti sarung tangan pengguna, atau di mana saja yang dapat mereka lihat dengan mudah untuk memberikan alarm visual.
Lebih Banyak Sensor di Ringkasan Teknologi
Pelajari tentang tampilan 3D yang tidak memerlukan headset.
Pada tahun 2019, seorang peneliti BYU, yang terinspirasi oleh Star Wars, melayangkan gambar 3D di udara tipis.
Kunjungi pusat pengetahuan Sensor &Uji kami.
Ringkasan Teknologi :Apa selanjutnya dengan penelitian Anda?
Trevon Badloe :Sebagai tindak lanjut penelitian, kami akan memproduksi perangkat yang tidak hanya memberikan sinyal aman dan alarm, tetapi juga dapat memberikan informasi kepada pengguna tentang tingkat gas beracun yang ada. Misalnya, mengetahui keberadaan gas beracun dapat bermanfaat sebelum mencapai tingkat yang berbahaya. Kemudian, tindakan yang benar dapat dilakukan untuk menghentikan aliran gas yang tidak diinginkan.
Ringkasan Teknologi :Apa yang paling menarik bagi Anda tentang teknologi ini dan kemungkinannya?
Trevon Badloe :Teknologi ini membuktikan dampak metasurfaces dalam aplikasi kehidupan nyata. Dengan integrasi sederhana metasurfaces dengan kristal cair, banyak fungsi dapat direalisasikan. Alarm visual holografik terbukti sangat berguna di berbagai bidang di mana alarm instan diperlukan untuk keselamatan pengguna, seperti di laboratorium atau bahkan lingkungan militer untuk deteksi cepat gas biohazard.
Bagaimana menurutmu? Apakah Anda melihat kegunaan lain dari peringatan holografik? Bagikan pertanyaan dan komentar Anda di bawah.
