Новый носимый голографический сенсор дает мгновенные оповещения об утечке газа

Газовые аварии — такие как утечка токсичных газов на заводах, утечка угарного газа из котлов или удушье токсичным газом при чистке колодцев — продолжают уносить жизни и вызывать травмы. Разработка сенсора, который может быстро обнаруживать токсичные газы или биохимикаты, остается важной проблемой в области общественного здоровья, экологического мониторинга и военных секторов. Исследовательская команда разработала недорогой, ультракомпактный, носимый голографический сенсор, который немедленно уведомляет пользователя об обнаружении летучих газов.

Исследователи интегрировали метаповерхность с газореактивным жидкокристаллическим оптическим модулятором для разработки сенсора, дающего мгновенное визуальное голографическое тревожное сигнал при обнаружении вредных газов. Конвенционные газовые сенсорные устройства не широко используются из-за высокой стоимости производства. Кроме того, коммерческие газовые сенсоры имеют ограничения: они сложны в использовании, имеют низкую переносимость и скорость реакции.

Интервью с исследователем

Инженер Тревон Бадлоу рассказывает Tech Briefs о дизайне носимого сенсора.

Для решения этих проблем команда использовала метаповерхность — оптическое устройство, известное эффектом «невидимки» за счет исчезновения видимых объектов путем управления показателем преломления света. Метаповерхность особенно используется для передачи двусторонних голограмм или 3D-видеоизображений за счет свободного управления светом.

Используя метаповерхность, команда разработала газовый сенсор, который может парить голографическое тревожное изображение в пространстве всего за несколько секунд, используя поляризационное управление передаваемым светом, которое трансформируется из-за изменения ориентации молекул жидких кристаллов в жидкокристаллическом слое внутри сенсорного устройства при воздействии газа. Более того, газовый сенсор не требует поддержки внешних механических или электронных устройств, в отличие от других обычных коммерческих газовых сенсоров.

Исследователи использовали изопропиловый спирт как целевой опасный газ, известный как токсичное вещество, вызывающее боли в животе, головную боль, головокружение и даже лейкемию. Сенсор был подтвержден в обнаружении даже минимального количества около 200 ppm газа. В реальном эксперименте с маркером для доски — источником летучего газа в повседневной жизни — визуальное голографическое тревожное сигнал возникло мгновенно в тот момент, когда маркер приблизили к сенсору.

Разработан метод нанокомпозитной печати в один шаг для производства гибкого носимого газового сенсора. Структура метаповерхности, которая ранее обрабатывалась на жестком подложке, была спроектирована для обеспечения быстрого производства однозначным нанолитьевым процессом на изогнутой или гибкой подложке. Когда гибкий сенсор, изготовленный этим методом, наклеивается как стикер на защитные очки, он может обнаруживать газ и отображать голограмму тревоги. Предполагается, что он будет интегрируем с очками типа AR-дисплеев, разрабатываемыми Apple, Samsung, Google и Facebook.

Команда разрабатывает высокопроизводительный экологический сенсор, который может отображать тип и уровень концентрации газов или биохимикатов в окружении с голографической тревогой и изучает оптические дизайн-техники, которые могут кодировать различные голографические изображения. Если эти исследования увенчаются успехом, они могут использоваться для снижения аварий, вызванных биохимическими или газовыми утечками. Это будет особенно эффективно в более экстремальных рабочих средах, где акустический и визуальный шум интенсивны.