“不可見的” 3D打印纖維傳感器可用于為能夠感應呼吸和聲音的電子設備和傳感器供電。

由于在最近的研究中實現(xiàn)了3D打印電子纖維，因此一種能夠像人類一樣感知氣味，聲音和觸摸的設備可能要成為現(xiàn)實。 

劍橋大學的研究人員表示，他們已經(jīng)使用3D打印技術(shù)來創(chuàng)建這些“隱形”電子纖維，每根電子纖維的厚度都比人類頭發(fā)細100倍。這些光纖充當傳感器，其功能超越了傳統(tǒng)的基于薄膜的傳感器設備。

這是根據(jù)“科學進展”雜志上報道的研究得出的。

廉價且極其敏感的電子纖維

小直徑導電纖維具有獨特的性能，使其與其他類型的薄膜導電微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)區(qū)別開來。但是，現(xiàn)有的制造技術(shù)（例如化學生長，濕法紡絲和2D / 3D直接打�。�無法輕易地組裝纖維架構(gòu)。

這導致了利用纖維獨特特性組合的設備功能：方向性，導電性和高表面積體積比。 

為解決這一挑戰(zhàn)，劍橋大學的研究人員開發(fā)了一種新的打印方法，該方法可用于制造非接觸式，可穿戴，便攜式呼吸傳感器，該傳感器高度靈敏且生產(chǎn)成本低廉。它們還可以連接到諸如智能手機之類的電子設備上，以同時收集呼吸模式信息，聲音和圖像。 

便攜式三層光纖傳感器 

便攜式三層光纖傳感器可以連接到智能手機的前置攝像頭，將單層光纖傳感器放置在鼻子上方。圖片（修改后）由Science Advances提供

根據(jù)研究論文，這些纖維對于健康監(jiān)測（例如呼吸頻率）和物聯(lián)網(wǎng)的應用特別有用。

該研究的第一作者，劍橋大學工程系的博士學位學生安迪·王（Andy Wang）使用纖維傳感器來測量在不同的模擬呼吸條件下（如規(guī)律呼吸，快速呼吸和咳嗽）通過面部覆蓋物泄漏的呼吸水分量。

Wang表示，光纖傳感器的性能優(yōu)于目前可用的同類商用傳感器，尤其是在監(jiān)測快速呼吸時。 

機上纖維印刷（IFP）

Wang和他的同事使用他們開發(fā)的稱為機上纖維印刷（IFP）的方法，對由銀和/或半導體聚合物制成的復合纖維進行3D印刷。

該技術(shù)創(chuàng)建了一種芯-殼纖維結(jié)構(gòu)，其中的高純度導電纖維芯包裹在用作保護涂層的薄聚合物護套中。它與電線的結(jié)構(gòu)非常相似，但是直徑更小，直徑只有幾微米。 

3D打印隱形纖維

研究團隊的IFP光纖傳感器連接到面部遮蓋物上，可以高靈敏度地檢測人的呼吸。圖片由劍橋大學提供

IFP在低于100°C的溫度下進行，這會在原位形成薄導電纖維陣列的粘結(jié)。這些可以懸掛或放置在表面上，不需要后處理。通過優(yōu)化纖維的尺寸，研究人員聲稱他們已經(jīng)展示了一種用于快速在線制作小直徑導電纖維的通用技術(shù)。 

為“浮動電子體系結(jié)構(gòu)”做準備

作為概念的證明，研究人員通過基于溶液的反應合成和有機導電PEDOT：PSS纖維生產(chǎn)了無機金屬銀纖維。 

研究人員說，借助IFP能夠?qū)⒐饫w直接制造到電路上，他們能夠利用光纖陣列的功能優(yōu)勢來探索IFP工藝所提供的新型電路架構(gòu)。即，此過程為3D“浮動電子體系結(jié)構(gòu)”的概念打開了大門，該體系結(jié)構(gòu)將有機和無機纖維??材料合并到同一透明導電網(wǎng)絡中。 

3D分層浮動電路的體系結(jié)構(gòu)

3D分層浮動電路的體系結(jié)構(gòu)。圖片（修改后）由Science Advances提供

該小組目前正在尋求為許多多功能傳感器開發(fā)IFP方法。