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一种微型传感器,可以在一美分硬币的一面安装3万个

來源: 智东西 2020/4/23 流覽量:189 關鍵字: 传感器

康奈尔大学新研发的微型传感器,小到一美分硬币上可以放3万个。这种微型传感器可放入活体组织中传输信号,放入大脑中是不是可以洞察你的喜怒哀乐了。

神学家们一直在探讨一个很无聊的问题,一个针尖上可以站多少天使在舞蹈。

现在新的问题来了,一个硬币上可以放多少个微型传感器。

康奈尔大学纳米电子学的研究人员最近开发出了一种微型传感器,非常微小,可以在一美分硬币的一面安装3万个。团队论文,「使用光学无线集成电路的微型传感器」,4月17日发表在美国国家科学院院刊上。

网友评论说,Yuval Harari 所说的故事将要变成现实了。

这个小物件儿基本上只有单细胞生物草履虫那么大。而且可以监测活体组织当中的数据。看起来还真有那么点儿像...

草履虫

畅销书《人类简史》作者,以色列历史学家尤瓦尔·诺瓦·赫拉利 (Yuval Noah Harari)去年曾经在访谈中表示,

「数以百万计的微型纳米机器人和传感器监测人体内发生的事情。他们可以发现癌症或某些传染病的征兆,并为保护人体健康与这些危险做斗争。」

「而这套系统不仅可以监控患病出错的身体部位;它还可以监控人的情绪,情感和想法。这意味着一套外部系统可能比本人更了解自己。」

恐惧、愤怒、爱情,或任何人类的情感,最终都不过是一种生物化学过程。

试想把这种传感器,植入到人体组织当中,是不是可以体察到很多细枝末节的微妙讯号呢?

有机和无机的结合,带来更多哲学的思考。当机器可以感知机体的每一个变化,你的喜怒哀乐,一颦一笑都会反映成信号。

把这种传感器放进身体里,是不是就像一个变小的蚁人?

也有网友评论,怎么判断自己体内已经有了这种传感器,真是细思极恐。参看以下脑洞评论,还有人把它比喻成《圣经》启示录里的兽印...

麻雀虽小,五脏俱全

这些微型传感器麻雀虽小,五脏俱全,配有集成电路太阳能电池发光二极管(LED) ,能够利用光,进行发电和传输通信。

它们是大规模制造出来的,每个8英寸的晶圆片上有多达100万个晶圆,每个设备的成本也只相当于一枚硬币的几分之一。

物理学家Paul McEuen,电子与计算机工程副教授Alyosha Molnar,和康奈尔大学博士后Alejandro Cortese博士共同设计了一个平台,用于生产他们的光无线集成电路(OWICs)——100微米大小的微型传感器,人眼只能看到一个小斑点,可能还没脸上的毛孔大。

「从某种意义上说,打造这样的微型传感器是我们一直以来的一个想法,」McEuen说,他是康奈尔大学纳米科学和微系统工程(NEXT Nano)工作组的联合主席。「大小缩小了一个数量级以后,就可以大规模制造了。」

把LED装冰箱一共分几步

OWICS其实相当于一个草履虫大小的智能手机,甚至可以安装APP。但是和手机不同的是,研究人员并没有依赖繁琐的无线电技术通信,而是用光作为通信媒介。

说到光,就不得不提传感器里面的一个重要元件,就是LED。

纳米技术领域,在硅晶片上放置微型电路相对来说比较容易,McEuen 说,但是添加 LED 比较难,因为它是由一种特殊材料砷化镓制成的。为了将 LED 转移到有电子元件的晶片上集成起来,研究人员开发了一种复杂的装配方法,需要15层以上的光刻法,30种不同的材料和100多个复杂的步骤。


上图显示了一个电压感应 OWIC,它能放进一枚硬币背面的林肯纪念堂内。图片来源: Alejandro Cortese

而且本来就不是看的见摸的着的东西,操作这种传感器,必须得是在显微镜下面。所以就需要对纳米尺度和微米尺度有个清晰的直觉。

传感器懂你:从身心到灵魂

OWIC可以在比较复杂的环境中测量电压和温度,比如活体组织和微流体系统当中。比如,一个装有神经传感器的 OWIC 能够记录体内的神经信号,并通过 LED 闪烁显示的编码信号来传输结果。

为了进一步验证,研究小组与应用与工程物理学教授、论文合著者克里斯•徐(Chris Xu)的实验室合作,成功地将一个带有温度传感器的 OWIC 嵌入大脑组织,并将结果无线传输了出来。

Mceuen,Molnar 和 Cortese 已经成立了他们自己的公司 OWIC Technologies,并计划将微传感器项目商业化,目前已提交专利申请。

这种OWIC微小,成本低,可以在更复杂的环境里用较低能耗完成任务,也会在此基础上衍生出各种新一代的微传感器。

微型传感器是迄今为止最为成功并最具实用性的微型机电器件。正是因为它具有体积小、重量轻,性能好,成本低等特点,才得以在日常生活中广泛应用。

在这个数字化时代,我们可以用微型传感器创建电子标签,将其附加到产品上,能起到标识识别、物流跟踪、信息采集等作用。

同时超微传感器可以实时追踪人体内任意器官、肌肉结构、甚至是神经组织,能够检测到包括心跳,呼吸频率和肺部的声音。此外,它可以检测用户的身体活动,并将其与从心脏和肺部获取的数据进行同步,以监测身体总体健康状况。

将微型传感器依靠附着在皮肤上来记录心脏的活动,血液流动以及其他器官健康。

微传感器嵌入纳米机器人应用到了医学领域。它可以在人体内自由行动,直接定并消灭病毒,还可以越过阻塞的动脉或肿瘤直接向器官输送药物。还能够辅助外科医生做毫米级视网膜开刀手术。

更有趣的是,在2016年,麻省理工和慕尼黑工业大学将传统折纸艺术和现代科技相结合,推出了一款微型折纸机器人。这款机器人不仅能折纸,而且能跑、能游泳、还能搬运东西。

就在不久前,加州大学伯克利分校的工程师们开发出一种沙粒大小的传感器:neural-dust,可被植入到神经或器官附近,利用超声波供电和传输数据,读取身体数据。neural-dust可以作为无线供电的植入大脑芯片,这类研究有望用于下一代的控制假肢、外骨骼和机器人,以及通过大脑-机器接口来治疗大脑和身体的疾病。

近日,麻省理工研发出可以将电子传感器嵌入到弹性织物中,从而能够制造出可用于监测重要生命体征(例如温度,呼吸率和心律)的衣服。  

这种内置传感器的衣服不仅可以机洗,而且还可以将其取下并转移到其他衣物上。从外观上看,它就是一件我们通常穿的衣服。但从内部看,你可以看到触及皮肤的微传感器。  

研究人员在健身房锻炼时对内置传感器的衣服进行了测试,让他们监测人体温度、心率和呼吸频率的变化。过程中研究人员可以观察到身体不同部位的温度变化,以及这些变化之间的关联。

嵌入衣物中的传感器可以将监测到的数据无线传输到智能手机上。研究人员表示,这种传感器对于远程医疗也有极大的帮助,可以远程监测患者的健康状况。

这些微型传感器,仿佛在不知不觉中体察着你身体甚至心灵上的变化,这个未来你期待吗?

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