Nieuwe Draagbare Hologram Sensor Geeft Directe Gaslek Waarschuwingen

Gasongevallen — zoals giftige gaslekken in fabrieken, koolmonoxide lekketten van ketels, of giftige gasverstikking bij rioolreiniging — claimen nog steeds levens en veroorzaken letsel. Het ontwikkelen van een sensor die snel giftige gassen of biochemicaliën kan detecteren, is nog steeds een belangrijk kwestie in de volksgezondheid, milieu monitoring, en militaire sectoren. Een onderzoeks team heeft een goedkope, ultra-compacte, draagbare hologram sensor ontwikkeld die de gebruiker onmiddellijk waarschuwt bij detectie van vluchtige gassen.

De onderzoekers integreerden een metasurface met een gas-reactieve vloeibare kristal optische modulator om een sensor te ontwikkelen die een onmiddellijke visuele holografische alarm geeft wanneer schadelijke gassen gedetecteerd worden. Conventionele gasdetectieapparaten worden niet wijd gebruikt vanwege hun hoge productiekosten. Bovendien hebben commerciële gassensoren beperkingen in dat ze moeilijk te gebruiken zijn en slechte draagbaarheid en reactiesnelheid hebben.

Lees een Interview met de Onderzoeker

Ingenieur Trevon Badloe vertelt Tech Briefs over het ontwerp van de draagbare sensor.

Om deze problemen op te lossen, gebruikte het team de metasurface — een optisch apparaat bekend om een "onzichtbare mantel" effect te hebben door zichtbare objecten te laten verdwijnen door de brekingsindex van licht te controleren. De metasurface wordt vooral gebruikt om tweerichtingshologrammen of 3D videobeelden te transmitteren door licht vrij te controleren.

Met behulp van de metasurface, ontwikkelde het team een gassensor die een holografisch beeldalarm in de ruimte kan laten zweven in slechts een paar seconden door de polarisatiecontrole van doorgelaten licht die transformeert door de verandering in oriëntatie van vloeibare kristalmoleculen in de vloeibare kristallaag binnen het sensorapparaat wanneer blootgesteld aan gas. Bovendien vereist de gassensor geen ondersteuning van externe mechanische of elektronische apparaten, in tegenstelling tot andere conventionele commerciële gassensoren.

De onderzoekers gebruikten isopropylalcohol als de doel gevaarlijke gas bekend als een giftige stof die maagpijn, hoofdpijn, duizeligheid, en zelfs leukemie kan veroorzaken. De sensor werd bevestigd om zelfs de minuut hoeveelheid van ongeveer 200 ppm gas te detecteren. In een daadwerkelijk experiment met een bordmarker — een vluchtige gasbron in ons dagelijks leven — duwde een visueel holografisch alarm onmiddellijk op het moment dat de marker bij de sensor gebracht werd.

Een één-stap nanocomposiet printmethode is ontwikkeld om de flexibele, draagbare gassensor te produceren. De metasurface structuur, die eerder op een hard substraat verwerkt werd, is ontworpen om snelle productie met een enkel-stap nanocasting proces op een gebogen of flexibel substraat te mogelijk maken. Wanneer de flexibele sensor gefabriceerd met deze methode als een sticker op veiligheidsbrillen geplakt wordt, kan het gas detecteren en een hologram alarm tonen. Het wordt verwacht te integreerbaar te zijn met bril-type AR displaysystemen in ontwikkeling bij Apple, Samsung, Google, en Facebook.

Het team ontwikkelt een hoog-prestatie milieu sensor die het type en concentratieniveau van gassen of biochemicaliën in de omgeving kan tonen met een holografisch alarm en bestudeert optische ontwerptechnieken die diverse holografische beelden kunnen coderen. Als deze studies succesvol zijn, kunnen ze gebruikt worden om ongevallen te verminderen veroorzaakt door biochemische of gaslekken. Het zou met name effectief zijn in meer extreme werkomgevingen waar akoestische en visuele ruis intense is.