美空軍聯合哈佛大學研製新型柔性「創可貼」感測器

通常來講，傳統的「情報、監視與偵察」（ISR）感測器總是由笨重的天線和大盒子組成，並且需要固定到位。美國空軍研究實驗室（AFRL）和哈佛大學的研究人員正尋求將感測器縮小到創可貼大小，為感測器及感測器應用的發展創造新的可能。比如，將感測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。這種感測器的價格可能比傳統產品便宜，但真正的意義在於突破了傳統感測器的局限，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》雜誌，現正在開發實際應用。

「混合3D列印」技術利用增材製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

空軍設想這種新型感測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感測器，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複雜，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感測器，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感測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感測器，研究人員還在探索使用彈性介質印刷電路來產生電力。

「混合3D列印」技術製作的美空軍英文字母縮寫

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。該聯盟成立於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「創造符合規範的、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製造水平。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製造能力。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列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印表機生成一種導電、含銀的熱塑性聚氨酯，然後運用拾放方法將微控制器晶元和LED燈置入柔性基片。這是3D印表機首次列印帶有集成微電子元件的彈性感測器，印表機從零開始列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。

演示中，由3D印表機列印柔性熱塑性聚氨酯，然後使用空的印表機噴嘴和真空系統將微控制器晶元和LED燈置入柔性基片，從而產生混合系統。

來源：美國《C4ISR與網路》/圖片來自互聯網

中國國防科技信息中心胡畔畔 張珂

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