美空軍和哈佛大學聯(lián)合研發(fā)3D打印柔性“創(chuàng)可貼”傳感器

通常來講，傳統(tǒng)的“情報、監(jiān)視與偵察”（ISR）傳感器總是由笨重的天線和大盒子組成，并且需要固定到位。美國空軍研究實驗室（AFRL）和哈佛大學的研究人員正尋求將傳感器縮小到創(chuàng)可貼大小，為傳感器及傳感器應用的發(fā)展創(chuàng)造新的可能。比如，將傳感器的電子元件數(shù)字化地“印刷”成薄片狀、可彎曲、可伸縮的彈性材料。這種傳感器的價格可能比傳統(tǒng)產(chǎn)品便宜，但真正的意義在于突破了傳統(tǒng)傳感器的局限，顯著減輕下一代ISR的重量。AFRL和哈佛大學威斯生物啟發(fā)工程研究所的研究人員表示他們已開發(fā)出實現(xiàn)該設(shè)想的方法。其技術(shù)細節(jié)已發(fā)表在《先進材料》雜志，現(xiàn)正在開發(fā)實際應用。

“混合3D打印”技術(shù)利用增材制造將柔軟的導電油墨與基片結(jié)合在一起，形成有彈性的電子元件

用途

空軍設(shè)想這種新型傳感器將具有一系列的潛在用途。比如纖細的彈性條帶可取代飛機上的大盒子傳感器，節(jié)約空間和載重。同時它們還可以減輕維護負擔，比如加油機油囊周圍的維護工作就非常復雜，需要數(shù)人從飛機上取下油囊來尋找漏洞，如果油囊上安裝新型柔性傳感器，可降低維護成本，縮短維護周期。

其他軍種也可從中受益。研究人員正在研究新型傳感器如何增強步兵能力，比如利用穿戴電子設(shè)備感知疲勞和運動，通過監(jiān)測步態(tài)或觀察手臂如何彎曲，提供更好的體能評估以及更深層次了解他們的身體能力和限制。此外，印刷電子不僅僅可用作傳感器，研究人員還在探索使用彈性介質(zhì)印刷電路來產(chǎn)生電力。

運用商業(yè)力量

AFRL也通過公私合作機構(gòu)NextFlex來協(xié)調(diào)組織商業(yè)領(lǐng)域的力量。該聯(lián)盟成立于2015年，正聯(lián)合國防、工業(yè)和學術(shù)界共同推動柔性電子的發(fā)展。該組織表示，其宗旨是“創(chuàng)造符合規(guī)范的、可伸縮的智能產(chǎn)品，從而開創(chuàng)‘電子一切’的時代，提升全世界的效率�！盇FRL相關(guān)負責人表示，這將提升混合電子領(lǐng)域的制造水平。因為除了基礎(chǔ)科學外，還需要將這些能力轉(zhuǎn)化為設(shè)備和產(chǎn)品的制造能力。但這一轉(zhuǎn)變可能需要幾年的時間。

下一步計劃

AFRL團隊表示，3D打印技術(shù)將在一年內(nèi)完成“印刷”電子元件的生產(chǎn)，但在開發(fā)彈性介質(zhì)方面仍有一些材料科學工作要做。在他們發(fā)表的研究結(jié)果中，研究人員使用了3D打印機生成一種導電、含銀的熱塑性聚氨酯，然后運用拾放方法將微控制器芯片和LED燈置入柔性基片。這是3D打印機首次打印帶有集成微電子元件的彈性傳感器，打印機從零開始打印了一個完整的彈性電路，實現(xiàn)了印刷部件與現(xiàn)成電子產(chǎn)品的相結(jié)合。最終產(chǎn)品即使被拉伸超過原尺寸的30%也能保持功能。

來源：集微網(wǎng)