РынокТехнологии

С помощью 3D-печати на чипе создан «электронный нос»

Екатерина Александрова | 28.01.2021

С помощью 3D-печати на чипе создан «электронный нос»

В Сколтехе разработали и напечатали на чипе мультисенсорный газовый датчик.

Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и Германии разработали и напечатали на чипе «электронный нос» − мультисенсорный газовый датчик.

Разработка служит подтверждением концепции создания недорогих чувствительных датчиков, которые могут использоваться в портативной электронике и здравоохранении. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials Interfaces.

В условиях стремительного развития Интернета вещей (IoT) и современных методов медицинской диагностики растет и спрос на компактные, экономичные, энергосберегающие, но при этом достаточно чувствительные и селективные газоаналитические системы, такие как «электронный нос», которые могут применяться в неинвазивной диагностике заболеваний органов дыхательной системы человека, в частности, хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Для этой цели в Сколтехе была разработана компактная сенсорная система, в составе которой используются датчики, способные распознавать компоненты сложных газовых смесей и работающие практически по тому же принципу, что и нос человека.

img

Один из способов создания «электронного носа» основан на использовании технологий аддитивного производства, которые позволяют создавать сложнейшие устройства. Первоначальная идея этого проекта принадлежит исследователям Сколтеха: старший научный сотрудник Сколтеха Федор Федоров, профессор Альберт Насибулин, научный сотрудник Дмитрий Рупасов и их коллеги разработали мультисенсорный «электронный нос». Используя технику 3D-печати, они нанесли на чип с несколькими подключенными электродами нанокристаллические пленки из оксидов восьми металлов − марганца, церия, циркония, цинка, хрома, кобальта, олова и титана.

«В нашей работе мы использовали микроплоттерную печать чернилами на основе истинных растворов, которые далее были трансформированы в оксиды. Полученные результаты представляют ценность с нескольких точек зрения. Во-первых, разрешение печати сравнимо с расстоянием между электродами на чипе, который был оптимизирован для повышения удобства измерений. Таким образом мы продемонстрировали совместимость этих технологий. Во-вторых, нам удалось использовать оксиды различных металлов, что позволило получить более ортогональный сигнал от чипа и тем самым повысить селективность датчика. Можно также предположить, что эта технология обладает воспроизводимостью и может быть легко внедрена в промышленности для изготовления чипов с аналогичными характеристиками, что действительно важно для производства датчиков типа «электронный нос»», − рассказывает Федор Федоров.

В ходе экспериментов было показано, что «электронный нос» способен улавливать разницу между пара́ми различных спиртов − метанола, этанола, изопропанола и н-бутанола, которые очень схожи по химическому составу и при низких концентрациях в воздухе трудно различимы. Кроме того, обнаружение высокотоксичного метанола в напитках и выявление различий между метанолом и этанолом имеет важное значение с точки зрения охраны здоровья и жизни людей.

В данном проекте обработка данных выполнялась методом линейного дискриминантного анализа (LDA) с использованием алгоритма распознавания образов, однако, это не исключает возможности применения для этой цели и других алгоритмов машинного обучения.

Хотя работа устройства пока обеспечивается при относительно высоких температурах − 200-400 оС, исследователи полагают, что повысить чувствительность и обеспечить работу датчиков при комнатной температуре можно, используя новые квазидвумерные материалы, в частности, MXenes, графен и другие. Ученые планируют продолжить работу в этом направлении и, в частности, оптимизировать материалы, используемые для снижения энергопотребления.

Исследование проводилось с участием специалистов Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина, Технологического института Карлсруэ (Германия), Московского физико-технического института (МФТИ) и компании Breitmeier Messtechnik GmbH (Германия).

Технопарк "Сколково" Распознавание Машинное обучение Здравоохранение 3D-печать


Поделиться:

ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Livejournal Liveinternet Mail.Ru

Также по теме

Другие материалы рубрики

Мысли вслух

Десять лет назад мы говорили о будущем цифры и управления с Пеккой Вильякайненом - технологическим предпринимателем и опытным инноватором. То будущее, о котором мы говорили тогда, наступило. День за днем, со скоростью времени.
Согласно прогнозам Gartner, к 2022 г. 75% организаций, использующих инфраструктуру как сервис (IaaS), будут реализовывать продуманную мультиоблачную стратегию, в то время как в 2017 г. доля таких компаний составляла 49%.
Все жалуются на нехватку времени. Особенно обидно, что его не хватает на самые важные вещи. Совещания, созвоны, подготовка внутренних отчетов, непонятно, насколько нужных, но которые начальство требует так, как будто это именно то, ради чего мы работаем.

Компании сообщают

Мероприятия

ТехноКлуб «Дефицит чипов: как выжить в новой реальности?»
Зеленоград, конгресс-центр ОЭЗ «Технополис Москва»
Бесплатно
04.08.2021
10:30
У лояльных хмурый день светлей.
ОНЛАЙН
09.08.2021 — 10.08.2021
19:00
Международная конференция по информационной безопасности ZeroNights
Санкт-Петербург, Кожевенная линия, 40, «Севкабель Порт»
3 490 руб
25.08.2021
09:00–23:00
Конференция «Кадровый ЭДО: цифровизация на практике»
Москва, отель Метрополь, Театральный проезд, 2
25.08.2021
09:30–17:00