웨어러블 센서로 가스 누출 감지

공장의 유독가스 누출, 보일러의 일산화탄소 누출, 맨홀 청소 중 유독가스 질식 등의 가스사고는 계속해서 인명과 부상을 초래하고 있다. 유독 가스나 생화학 물질을 빠르게 감지할 수 있는 센서를 개발하는 것은 여전히 ​​공중 보건, 환경 모니터링 및 군사 분야에서 중요한 문제입니다. 한 연구팀이 휘발성 가스 감지를 사용자에게 즉시 알리는 저렴한 초소형 웨어러블 홀로그램 센서를 개발했습니다.

연구원들은 유해 가스가 감지될 때 즉각적인 시각적 홀로그램 경보를 제공하는 센서를 개발하기 위해 메타표면과 가스 반응성 액정 광 변조기를 통합했습니다. 기존의 가스 감지 장치는 높은 제조 비용으로 인해 널리 사용되지 않습니다. 또한 상용 가스센서는 사용이 어렵고 휴대성 및 반응속도가 떨어지는 한계점이 있다.

연구원과의 인터뷰 읽기

엔지니어 Trevon Badloe는 Tech Briefs에 대해 설명합니다. 웨어러블 센서의 디자인에 대해

이러한 문제를 해결하기 위해 팀은 빛의 굴절률을 제어하여 보이는 물체를 사라지게 하는 "보이지 않는 망토" 효과가 있는 것으로 알려진 광학 장치인 메타서페이스를 활용했습니다. 메타표면은 특히 빛을 자유롭게 제어하여 양방향 홀로그램이나 3D 비디오 이미지를 전송하는 데 사용됩니다.

연구팀은 메타표면을 이용하여 내부의 액정층에서 액정 분자의 방향 변화에 의해 변형되는 투과광의 편광 제어를 이용하여 단 몇 초 만에 우주에 홀로그램 영상 경보를 띄울 수 있는 가스 센서를 개발했다. 가스에 노출될 때 센서 장치. 또한, 가스센서는 기존의 상업용 가스센서와 달리 외부의 기계적, 전자적 장치의 지원이 필요하지 않습니다.

연구원들은 복통, 두통, 현기증, 심지어 백혈병을 유발할 수 있는 독성 물질로 알려진 표적 유해 가스로 이소프로필 알코올을 사용했습니다. 센서는 약 200ppm의 미량의 가스도 감지하는 것으로 확인됐다. 일상 생활의 휘발성 가스 공급원인 보드 마커를 사용한 실제 실험에서 마커를 센서에 가져가는 순간 시각적 홀로그램 알람이 즉시 나타났습니다.

유연하고 착용할 수 있는 가스 센서를 생산하기 위해 원스텝 나노복합 인쇄 방법이 개발되었습니다. 이전에 경질 기판에서 처리되었던 메타표면 구조는 곡면 또는 유연한 기판에서 단일 단계 나노캐스팅 공정으로 신속한 생산이 가능하도록 설계되었습니다. 이 방법으로 제작된 플렉서블 센서를 보안경에 스티커처럼 붙이면 가스를 감지하고 홀로그램 경보를 표시할 수 있다. Apple, Samsung, Google 및 Facebook에서 개발 중인 유리형 AR 디스플레이 시스템과 통합될 것으로 예상됩니다.

연구팀은 홀로그램 경보로 주변의 가스나 생화학물질의 종류와 농도를 표시할 수 있는 고성능 환경센서를 개발하고 있으며, 다양한 홀로그램 영상을 인코딩할 수 있는 광학설계 기법을 연구하고 있다. 이러한 연구가 성공하면 생화학 물질이나 가스 누출로 인한 사고를 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 음향 및 시각적 소음이 심한 극한의 작업 환경에서 특히 효과적입니다.