I sensori stampati in 3D potrebbero essere la chiave per l’ Internet delle cose

L’Internet of Things (IoT) è stato annunciato come uno dei prossimi grandi passi nel nostro sviluppo tecnologico. La visione è in qualche modo utopica: il sistema raccoglie informazioni, trasmettendole rapidamente attraverso una rete iperconnessa e utilizza quei dati per scoprire approfondimenti e agire al fine di migliorare la nostra vita quotidiana . Potrebbe risparmiare energia rendendo i dispositivi più efficienti, ottimizzare aree come infrastrutture e traffico, aiutare con la gestione dei rifiuti e la salute personale e fare molto di più.

Le capacità dell’IoT sono il risultato di molti fattori, ma un aspetto fondamentale da considerare è la tecnologia di rilevamento che verrà utilizzata per raccogliere dati attraverso i sistemi IoT. Non solo dobbiamo considerare la forza e la potenza di questi sensori, ma dobbiamo anche considerare come creeremo una quantità così grande di dispositivi al fine di tracciare adeguatamente le grandi ondate di dati creati nel mondo.

È qui che entrano in gioco la tecnologia di stampa 3D e l’uso di nanomateriali. Se utilizzati insieme, possono aiutare a creare l’IoT senza soluzione di continuità e potente che immaginiamo.

La stampa 3D è una tecnologia in rapida evoluzione che ha il potenziale per fornire un grande valore in contesti scientifici, industriali e persino quotidiani. Si potrebbe vedere la tecnologia utilizzata per creare e produrre in serie la maggior parte dei sensori IoT. Per lo meno, il processo di produzione additiva può aiutare a progettare custodie ottimali per i componenti elettronici dei sensori. A causa di questo processo, è facile modificare o aggiungere nuove funzionalità al contenitore senza dover ricominciare da capo. Questa flessibilità trarrebbe sicuramente beneficio nella creazione di sensori mentre si sviluppano e cambiano forma o funzione.

Ma sviluppi entusiasmanti nella stampa 3D di componenti elettronici sono ciò che sbloccherà davvero la produzione in serie di sensori IoT potenti e capaci. L’uso di inchiostro conduttivo – un inchiostro per la stampa 3D infuso con materiali conduttivi come rame, argento e oro – può consentirci non solo di stampare comodamente l’elettronica, ma anche di rimuovere i vincoli del tradizionale circuito 2D. Creando circuiti tridimensionali che possono assumere diverse forme o dimensioni diverse, saremo in grado di costruire una gamma più versatile di dispositivi. E, soprattutto, questo può consolidare e accelerare la creazione di sensori IoT.

Metti in gioco i nanomateriali

Oltre agli sviluppi nei sensori di stampa 3D come l’inchiostro conduttivo, possiamo anche rivolgerci ai nanomateriali, che sono spesso citati per le loro capacità ad alto funzionamento. In particolare, il grafene è considerato un materiale ideale per i sensori : è resistente, flessibile, altamente conduttivo e può rilevare i cambiamenti nell’ambiente attraverso fattori come temperatura, luce, pressione e persino rilevare i cambiamenti chimici. Un’enorme quantità di ricerche è stata dedicata allo sblocco delle capacità del grafene e il suo uso nei sensori può aiutare a fornire all’IoT informazioni accurate e una maggiore resilienza.

Ciò significa che può soddisfare sia le esigenze interne che esterne dei sensori IoT (ovvero la creazione di un contenitore resistente e resistente e di componenti elettronici di elevata capacità). E visto come la stampa 3D potrebbe essere strumentale per consentire la creazione di sensori su una scala molto più ampia, è logico pensare che l’associazione di questo processo al grafene sarebbe un immenso impulso alle capacità di un sistema IoT.

I sensori IoT, al fine di fornire misurazioni accurate sull’ambiente circostante, devono essere abbastanza forti da resistere a condizioni difficili come pioggia e neve, o in alcuni casi industriali, essere abbastanza forti da resistere a calore estremo o persino all’erosione del sale da applicazioni marine . Per i metalli e i materiali più tradizionali, gli elementi potrebbero logorarsi rapidamente alla tecnologia, il che potrebbe comportare dati imprecisi che potrebbero danneggiare il sistema IoT. Sarebbe anche altamente inefficiente sostituire costantemente i sensori, rendendo nanomateriali durevoli come base ideale per la creazione di sensori.

Combattere i venti contrari e sviluppi promettenti

Ma l’altro ostacolo da superare riguarda il semplice numero di sensori di cui avremo bisogno per far funzionare i sistemi IoT. I ricercatori di mercato stimano che ci siano già oltre 20 miliardi di dispositivi connessi nel mondo di oggi e quel numero continuerà a crescere solo man mano che diventeremo più tecnologicamente avanzati e cercheremo di realizzare un vero IoT. L’enorme numero di dispositivi si traduce in una quantità altrettanto enorme di sensori e la realizzazione di una tecnologia di rilevamento avanzata basata su nanomateriali per un uso diffuso è uno sforzo monumentalmente impegnativo, soprattutto perché i nanomateriali di produzione di massa come il grafene si sono dimostrati difficili in passato . Inoltre, i costi di attuazione così tanti sensori possono fare molte pause nel perseguire tale causa, anche se i sensori basati su nanomateriali sono così capaci.

Il grafene del “materiale meraviglioso”, che storicamente è stato problematico da produrre, ha recentemente visto potenziali scoperte che consentiranno agli scienziati di creare quantità più elevate, che nel caso della stampa 3D i sensori IoT significano che le stampanti potrebbero benissimo avere un sacco di materiale per lavorare con.

Immagini SEM di inchiostro all’ossido di grafene

Gli scienziati hanno anche recentemente sperimentato oggetti di stampa 3D con grafene, che potrebbe rivelarsi la chiave finale per sbloccare sensori basati su nanomateriali per l’IoT. I ricercatori in Cina hanno scoperto un modo per utilizzare il materiale praticamente 2D per creare oggetti 3D usando un inchiostro a ossido di grafene e hanno usato con successo il nanomateriale per creare piccoli supercondensatori.

Sensori ispirati alle ciglia a base di grafene .

Non è inverosimile affermare che se l’inchiostro al grafene può essere utilizzato per le batterie di stampa 3D, la tecnologia dei sensori non può essere troppo indietro. Ad esempio, il grafene è stato utilizzato per stampare in 3D sensori di ciglia di ispirazione biologica che imitano il modo in cui le creature della natura percepiscono l’ambiente circostante. Insieme ad altri sviluppi nella tecnologia dei sensori di stampa, come l’ integrazione con i dispositivi indossabili , il mondo scientifico ha compiuto un enorme passo in avanti per rendere il processo di produzione in serie di sensori basati su nanomateriali più veloce ed economico.

Lo sviluppo della tecnologia di rilevamento e la necessità di superare i vari ostacoli nella loro creazione e implementazione sono questioni che sembrano volare sotto il radar quando discutono delle incredibili possibilità presentate dall’Internet of Things. Ma nonostante queste sfide, l’IoT è destinato a colpire il mainstream entro il 2020 . E quando si guarda alla traiettoria della stampa 3D e della nanotecnologia per l’uso dei sensori, è chiaro che siamo sulla buona strada per raggiungere un IoT basato su sensori senza soluzione di continuità.

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