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美空軍和哈佛大學聯合研發3D打印柔性“創可貼”傳感器

文章來源：未知更新時間：2018-02-08 10:08:07

通常來講，傳統的“情報、監視與偵察”（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可貼大小，為傳感器及傳感器應用的發展創造新的可能。比如，將傳感器的電子元件數字化地“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產品便宜，但真正的意義在于突破了傳統傳感器的局限，顯著減輕下一代ISR的重量。AFRL和哈佛大學威斯生物啟發工程研究所的研究人員表示他們已開發出實現該設想的方法。其技術細節已發表在《先進材料》雜志，現正在開發實際應用。

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

用途

空軍設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備感知疲勞和運動，通過監測步態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印刷電路來產生電力。

運用商業力量

AFRL也通過公私合作機構NextFlex來協調組織商業領域的力量。該聯盟成立于2015年，正聯合國防、工業和學術界共同推動柔性電子的發展。該組織表示，其宗旨是“創造符合規范的、可伸縮的智能產品，從而開創‘電子一切’的時代，提升全世界的效率。”AFRL相關負責人表示，這將提升混合電子領域的制造水平。因為除了基礎科學外，還需要將這些能力轉化為設備和產品的制造能力。但這一轉變可能需要幾年的時間。

下一步計劃

AFRL團隊表示，3D打印技術將在一年內完成“印刷”電子元件的生產，但在開發彈性介質方面仍有一些材料科學工作要做。在他們發表的研究結果中，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，實現了印刷部件與現成電子產品的相結合。最終產品即使被拉伸超過原尺寸的30%也能保持功能。

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