Группа исследователей из Университета Циндао разработала новый тип бесконтактных сенсорных датчиков, которые за счет детектирования помех в электрическом поле способны распознавать трехмерные объекты на расстоянии до 10 см без необходимости их физического прикосновения.
Большинство сенсорных датчиков основаны на физической деформации контактного слоя, происходящей при прямом прикосновении и приводящей к изменению электрической емкости. Единообразие реакции в разных областях ограничивает их чувствительность и общие возможности. Бесконтактные технологии, как правило, базируются на применении инфракрасного света, магнитной индукции или ультразвука.
Представленный исследователями датчик базируется на емкостной технологии. Она отличается простой структурой, высокими импедансом и температурной стабильностью, при этом требует минимальной входной энергии. Обычно такие датчики состоят из двух параллельных электродов с диэлектрическим слоем между ними. Созданный же учеными прототип имеет многослойную структуру с медными электродами, изготовленными с помощью контролируемого прямого лазерного нанесения, и диэлектрического материала полидиметилсилоксана, расположенного между двумя ортогональными массивами электродных слоев.
Добавление к нему графитового нитрида углерода позволило создать композитную пленку с более низкой диэлектрической проницаемостью, вследствие чего повысилась чувствительность к электрическому полю. Такой датчик имеет эффективное расстояние обнаружения от 5 мм до 10 см и не подвержен влиянию окружающей среды.
Для его изготовления применяется специальный метод 3D-печати, называемый дозирующей. Он позволяет наносить большие концентрации высоковязких чернил из углеродных нанотрубок и формировать гибкий рисунок, превосходя по своим возможностям струйную и трафаретную печать. Этот метод эффективнее традиционной фотолитографии, выгоднее для массового производства, помогает сократить время обработки и повысить точность изготовления.
Напечатанный разработчиками емкостный сенсорный датчик выполнен в виде массива 5 × 5 и способен точно распознавать и локализовывать приближение пальца человека без физического контакта. Интеграция прототипа с печатной платой позволила осуществлять беспроводную передачу полученных данных по сетям 4G. В дальнейшем команда планирует усовершенствовать технологию, чтобы обеспечить ее пригодность для массового производства, и расширить возможности определения формы и направления движения, которые помогут распознавать не только приближение объекта, но и жесты.
Комментирует Синьлинь Ли, исследователь из Университета Циндао, принимавший участие в проекте:
«Чтобы повысить универсальность технологии, мы разработали новые композитные пленки с необычными и очень полезными электрическими свойствами. Нам удалось достичь высокой чувствительности, скорости отклика, надежности и стабильности на протяжении многих циклов использования. Это открывает новые перспективы применения бесконтактных датчиков для дистанционного управления широким спектром устройств, а также в сфере Интернете вещей, при этом сами датчики, выполненные по нашей технологии, могут иметь гибкую форму».
