Носимые датчики обнаруживают утечку газа

Газовые аварии, такие как утечка токсичного газа на заводах, утечка угарного газа из котлов или удушье токсичным газом во время чистки люков, продолжают уносить жизни и приводить к травмам. Разработка датчика, который может быстро обнаруживать токсичные газы или биохимические вещества, по-прежнему остается важной проблемой в области общественного здравоохранения, мониторинга окружающей среды и военного сектора. Исследовательская группа разработала недорогой ультракомпактный носимый датчик голограммы, который немедленно уведомляет пользователя об обнаружении летучих газов.

Исследователи объединили метаповерхность с газореактивным жидкокристаллическим оптическим модулятором, чтобы разработать датчик, который обеспечивает немедленную визуальную голографическую сигнализацию при обнаружении вредных газов. Обычные датчики газа не получили широкого распространения из-за их высокой стоимости производства. Кроме того, коммерческие датчики газа имеют ограничения, заключающиеся в сложности их использования, низкой портативности и низкой скорости реакции.

Читать интервью с исследователем

Инженер Тревон Бадло рассказывает Технические бюллетени о конструкции носимого датчика.

Чтобы решить эти проблемы, команда использовала метаповерхность — оптическое устройство, которое, как известно, обладает эффектом «невидимого плаща», заставляя видимые объекты исчезать, контролируя показатель преломления света. Метаповерхность особенно используется для передачи двусторонних голограмм или 3D-видеоизображений за счет свободного управления светом.

Используя метаповерхность, команда разработала датчик газа, который может перемещать голографическое изображение сигнала тревоги в пространстве всего за несколько секунд, используя управление поляризацией проходящего света, который трансформируется из-за изменения ориентации молекул жидких кристаллов в слой жидких кристаллов внутри. сенсорное устройство при воздействии газа. Кроме того, датчику газа не требуется поддержка внешних механических или электронных устройств, в отличие от других обычных коммерческих датчиков газа.

Исследователи использовали изопропиловый спирт в качестве целевого опасного газа, известного как токсичное вещество, которое может вызывать боль в животе, головную боль, головокружение и даже лейкемию. Было подтверждено, что датчик обнаруживает даже небольшое количество газа, составляющее около 200 частей на миллион. В реальном эксперименте с использованием маркера для досок — источника летучего газа в нашей повседневной жизни — визуальный голографический сигнал тревоги срабатывал мгновенно, как только маркер подносился к датчику.

Был разработан одноэтапный метод нанокомпозитной печати для изготовления гибкого переносного датчика газа. Структура метаповерхности, которая ранее была обработана на твердой подложке, была разработана для обеспечения быстрого производства с помощью одностадийного процесса нанолитья на изогнутой или гибкой подложке. Когда гибкий датчик, изготовленный с использованием этого метода, прикрепляется как наклейка к защитным очкам, он может обнаруживать газ и отображать сигнал тревоги в виде голограммы. Ожидается, что его можно будет интегрировать со стеклянными дисплеями дополненной реальности, разрабатываемыми Apple, Samsung, Google и Facebook.

Команда разрабатывает высокопроизводительный датчик окружающей среды, который может отображать тип и уровень концентрации газов или биохимических веществ в окружающей среде с помощью голографической сигнализации, и изучает методы оптического проектирования, которые могут кодировать различные голографические изображения. Если эти исследования увенчаются успехом, их можно будет использовать для снижения числа несчастных случаев, вызванных утечками биохимических веществ или газа. Это было бы особенно эффективно в более экстремальных рабочих условиях, где акустический и визуальный шум интенсивен.