Sensor Gas Wearable Kecil Meninggarkan Pengguna tentang Gas Beracun melalui Layar Holografik

Peneliti dari Pohang University of Science & Technology (POSTECH)  telah menciptakan sensor gas kecil yang dapat Anda tempelkan pada kacamata atau sarung tangan Anda seperti stiker. Dengan layar hologram, sensor segera memberitahu pengguna tentang deteksi gas mudah terpengaruh.

Teknologi wearable ini suatu saat nanti dapat membantu mencegah kecelakaan gas yang terkait dengan kebocoran gas beracun di pabrik, kebocoran monoksida karbon dari boiler, atau kesedutan gas beracun selama pembersihan lubang sumur.

Bagaimana Sensor Gas Wearable Bekerja

Sensor 300 x 300 µm terdiri dari metasurface dan sel cairan kristal (LC), yang sensitif terhadap gas beracun. Ketika gas terdeteksi, orientasi sel berubah untuk membentuk peringatan khusus.

Hologram dihasilkan oleh metasurface, yang membuat objek terlihat hilang dengan mengontrol indeks biasasi cahaya.

Perubahan orientasi cairan kristal dalam sel membalikkan polarisasi sirkular cahaya masuk dari kanan ke kiri.

Cahaya berpolarisasi sirkular ini kemudian berinteraksi dengan metasurface, yang dirancang untuk menghasilkan dua hologram yang berbeda — satu untuk setiap polarisasi cahaya.

Dalam "status aman" LC dikonfigurasi untuk menghasilkan polarisasi cahaya yang menghasilkan hologram "aman". Paparan terhadap gas beracun mempengaruhi LC untuk berorientasi dengan cara yang menghasilkan polarisasi sirkular yang berlawanan, menghasilkan sinyal hologram "alarm".

"Kami mendapatkan distribusi fasa yang menghasilkan gambar yang diinginkan dan mengatur struktur nano pada metasurface sesuai dengan itu," kata peneliti POSTECH Trevon Badloe. "Kemudian, ketika metasurface diinjak oleh cahaya berpolarisasi sirkular, citra holografik ditampilkan."

Badloe dan timnya melampirkan metasurface ke permukaan lengkung sepasang kacamata keselamatan.

Dengan metasurface, sensor gas dapat melayangkan citra alarm holografik di ruang dalam hitungan detik dengan mengontrol polarisasi cahaya yang ditransmisikan. Hologram dapat dibuat muncul di atas sampel, atau di mana pun pengguna 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 lengkap di masa depan," kata peneliti.

Berbeda dengan sensor gas komersial konvensional lainnya, perangkat POSTECH tidak memerlukan dukungan dari perangkat mekanik atau elektronik eksternal.

Dalam tes, peneliti menggunakan alkohol isopropil, suatu zat beracun yang menyebabkan perut sakit, sakit kepala, dan pusing, sebagai gas berbahaya target. Menurut studi tim, sensor mendeteksi bahkan jumlah gas yang sangat kecil sekitar 200ppm.

Sensor gas wearable dan fleksibel dibuat dengan cepat, melalui metode pencetakan nanokomposit satu langkah. Struktur metasurface yang sebelumnya diproses pada substrat keras, dicetak nano pada substrat lengkung atau fleksibel dalam satu langkah.

Apa Selanjutnya?

Selanjutnya, peneliti akan mengembangkan sensor lingkungan berkinerja tinggi yang menampilkan jenis dan tingkat konsentrasi gas atau biokimia di sekitarnya dengan alarm holografik. Insinyur juga mempelajari teknik desain optik yang dapat mengenkode berbagai citra holografik. Studi-studi ini, jika berhasil, dapat digunakan untuk mengurangi kecelakaan yang disebabkan oleh kebocoran biokimia atau gas.

Pembuat sensor, menurut Badloe dan timnya, dipimpin oleh profesor POSTECH Profesor Junsuk Rho, berharap untuk mengintegrasikan teknologi dengan sistem layar AR tipe kaca yang sedang dikembangkan di Apple, Samsung, Google, dan Facebook.

Badloe, anggota kelompok Profesor Rho dan ko-author paper terbaru peneliti di Science Advances , berbicara dengan Tech Briefs melalui email tentang bagaimana ia membayangkan masa depan citra holografik. Badloe berkomunikasi atas nama timnya dan dalam koordinasi dengan Dr. Inki Kim, penulis utama paper.

Tech Briefs: Apa yang dimaksud dengan "alarm holografik visual segera"?

Trevon Badloe: Alarm holografik visual dapat menampilkan gambar yang dipilih untuk status aman dan peringatan; ini dapat mencakup teks, gambar, atau simbol. Metode merancang dan mengenkode gambar ke dalam metasurface holografik adalah yang baik dikenal, jadi mereka dipilih sebelum proses pembuatan.

Tech Briefs: Gas apa yang dapat dideteksi dengan sensor ini?

Trevon Badloe: Karena fungsionalitas sensasi gas hanya bergantung pada sel cairan kristal, selektivitas respons terhadap gas beracun tertentu juga dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat. Kami telah menguji dan memverifikasi waktu respons saat merasakan kloroform, aseton, toluene, IPA, p-xilena, metanol, dan DMF. Waktu respons dari "aman" ke "alarm" tergantung pada dosis dan jenis gas.

Tech Briefs: How do you design a distinct hologram in the metasurface?

Trevon Badloe: Prosesnya cukup melibatkan, tetapi baik dipahami.

Pertama, kami perlu secara digital menghasilkan peta fasa yang menghasilkan pola interferensi yang diperlukan (yaitu, gambar yang ingin kami tampilkan) di lokasi yang diinginkan. Desain hologram dilakukan secara komputasi, dikenal sebagai holografi yang dihasilkan komputer (CGH). Di sini kami menggunakan "phase only" CGH. Pembuatan peta fasa untuk gambar yang diperlukan cukup sederhana dan baik dipahami, yang paling umum menggunakan algoritma Gerchberg-Saxton . Kemudian, peta fasa ini secara fisik dienkode ke dalam metasurface menggunakan struktur nano yang dirancang untuk menunjukkan karakteristik fasa yang diperlukan.

Tech Briefs: Apakah proses menciptakan dua hologram terpisah itu tantangan?

Trevon Badloe: Kami memanfaatkan fakta bahwa kami dapat menginduksi polarisasi cahaya yang sama dan berlawanan (berpolarisasi sirkular kiri dan kanan). Kemudian, kami dapat menggabungkan dua peta fasa yang berbeda dengan cara yang memungkinkan kami untuk mengenkode struktur nano menggunakan karakteristik fasa inherent mereka, ditambah kompensasi ekstra yang hanya terkait dengan rotasi struktur nano (dikenal sebagai fasa propagasi dan geometri, masing-masing).

Tech Briefs: Bisakah Anda memandu saya melalui contoh aplikasi dari sensor ini?

Trevon Badloe: Menggunakan sel cairan kristal dan metasurface yang fleksibel dapat memungkinkan kami untuk menerapkan alarm visual sensasi gas pada setiap permukaan, terlepas dari apakah permukaan itu halus dan datar. Sebagai contoh, kami melampirkan metasurface ke permukaan lengkung sepasang kacamata keselamatan. Mereka juga dapat dilampirkan di tempat seperti sarung tangan pengguna, atau di mana pun yang dapat dengan mudah dilihat untuk memberikan alarm visual.

Lebih Banyak Sensor di Tech Briefs

Pelajari tentang layar 3D yang tidak memerlukan headset.

Pada 2019, peneliti BYU, terinspirasi dari Star Wars, melayangkan citra 3D di udara tipis.

Kunjungi hub pengetahuan Sensor & Pengujian kami.

Tech Briefs: Apa yang akan datang dengan penelitian Anda?

Trevon Badloe: Sebagai penelitian lanjutan, kami akan menghasilkan perangkat yang tidak hanya memberikan sinyal aman dan alarm, tetapi juga dapat memberikan informasi kepada pengguna tentang tingkat gas beracun yang ada. Misalnya, akan berguna untuk mengetahui keberadaan gas beracun sebelum mencapai tingkat berbahaya. Kemudian, tindakan yang benar dapat dilakukan untuk menghentikan aliran gas yang tidak diinginkan.

Tech Briefs: Apa yang paling membuat Anda bersemangat tentang teknologi ini dan kemungkinannya?

Trevon Badloe: Teknologi ini membuktikan dampak yang dapat dimiliki metasurface dalam aplikasi kehidupan nyata. Dengan integrasi sederhana metasurface dengan cairan kristal, berbagai fungsi dapat direalisasikan. Alarm visual holografik dapat terbukti sangat berguna di berbagai bidang di mana alarm segera diperlukan untuk keselamatan pengguna, seperti di laboratorium atau bahkan lingkungan militer untuk deteksi cepat gas biobahaya.

Apa pendapat Anda? Apakah Anda melihat penggunaan lain untuk peringatan holografik? Bagikan pertanyaan dan komentar Anda di bawah.