Эти недорогие датчики могут найти широкое применение, что упростит мониторинг общественных мест или обнаружение порчи продуктов на складах. Используя эту систему, исследователи продемонстрировали, что они могут обнаруживать газообразный аммиак, перекись водорода, циклогексанон и другие газы.«Прелесть этих датчиков в том, что они действительно дешевы. Вы устанавливаете их, они сидят там, а затем приходите и считываете их.
Никакой проводки нет. Нет электричества», — говорит Тимоти Свагер, Джон Д. Макартур. Профессор химии Массачусетского технологического института. «У вас может появиться достаточно воображение относительно того, что вы можете делать с такой технологией».Сваджер — старший автор статьи, описывающей новые датчики, в Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю 8 декабря.
Аспирант-химик Джозеф Аззарелли — ведущий автор статьи; другие авторы — постдок Кэтрин Мирика и бывший постдок Массачусетского технологического института Йенс Равнсбек.Универсальное обнаружение газа
В течение нескольких лет лаборатория Сваджера разрабатывала датчики для обнаружения газа на основе устройств, известных как хеморезисторы, которые состоят из простых электрических цепей, модифицированных таким образом, что их сопротивление изменяется при воздействии определенного химического вещества. Измерение этого изменения сопротивления показывает, присутствует ли целевой газ.
В отличие от имеющихся в продаже хеморезисторов, датчики, разработанные в лаборатории Сваджера, почти не требуют энергии и могут работать при температуре окружающей среды. «Это позволило бы нам размещать датчики во многих различных средах или во многих различных устройствах», — говорит Свагер.Новые датчики изготовлены из модифицированных меток ближнего поля (NFC).
Эти теги, которые получают небольшую мощность от устройства, считывающего их, функционируют как штрих-коды с беспроводной адресацией и в основном используются для отслеживания продуктов, таких как автомобили или фармацевтические препараты, при их перемещении по цепочке поставок, например, на заводе-изготовителе или на складе.Теги NFC могут быть прочитаны любым смартфоном, который поддерживает связь ближнего поля, которая включена во многие новые модели смартфонов. Эти телефоны могут посылать короткие импульсы магнитных полей на радиочастоте (13,56 мегагерц), вызывая электрический ток в цепи на метке, которая передает информацию на телефон.Чтобы адаптировать эти метки для своих целей, команда MIT сначала разрушила электронную схему, пробив в ней дыру.
Затем они повторно подключили цепь с помощью линкера из углеродных нанотрубок, который специализируется на обнаружении определенного газа. В этом случае исследователи добавили углеродные нанотрубки, «нарисовав» их на бирке механическим карандашом, который они впервые создали в 2012 году, в котором обычный грифель карандаша заменен спрессованным порошком углеродных нанотрубок.
Команда называет модифицированные теги CARD: химически активированные резонансные устройства.Когда углеродные нанотрубки связываются с целевым газом, их способность проводить электричество изменяется, что сдвигает радиочастоты, на которых энергия может передаваться на устройство.
Когда смартфон проверяет КАРТУ, КАРТА реагирует только в том случае, если она может получать достаточную мощность на передаваемых смартфоном радиочастотах, позволяя телефону определить, была ли изменена цепь и присутствует ли газ.Каждая из текущих версий CARD может обнаруживать только один тип газа, но телефон может считывать данные с нескольких CARD, чтобы получить данные о многих различных газах, вплоть до концентраций до миллионных долей.
В текущей версии технологии телефон должен находиться в пределах 5 сантиметров от КАРТОЧКИ, чтобы получить показания, но Azzarelli в настоящее время работает с технологией Bluetooth, чтобы расширить диапазон.Широкое распространениеИсследователи подали заявку на патент на сенсорную технологию и сейчас изучают возможные применения.
Поскольку эти устройства настолько недороги и могут считываться смартфонами, их можно использовать практически где угодно: в помещении для обнаружения взрывчатых веществ и других вредных газов или на открытом воздухе для мониторинга загрязнителей окружающей среды.По словам Свагера, после того, как отдельный телефон соберет данные, информация может быть загружена в беспроводные сети и объединена с данными датчиков с других телефонов, что позволит охватить очень большие территории.
Исследователи также изучают возможность интеграции карт CARD в «умную упаковку», которая позволит людям обнаруживать возможную порчу или загрязнение продуктов. Лаборатория Сваджера ранее разработала датчики, которые могут обнаруживать этилен — газ, который сигнализирует о спелости фруктов.
Карты CARD также могут быть встроены в дозиметры, чтобы помочь контролировать безопасность рабочих на производственных предприятиях, измеряя количество газа, которому подвергаются рабочие. "Поскольку это недорогое, одноразовое устройство и может легко взаимодействовать с телефоном, мы думаем, что это может быть тип устройства, которое кто-то может носить в качестве значка, и они могут пинговать его при регистрации утром, а затем пинговать его. опять же, когда они выезжают ночью, — говорит Аззарелли.