ウェアラブルセンサーがガス漏れを検出

工場での有毒ガスの漏れ、ボイラーの一酸化炭素の漏れ、マンホールの清掃中の有毒ガスの窒息などのガス事故は、命を奪い、怪我を引き起こし続けています。有毒ガスや生化学物質を迅速に検出できるセンサーを開発することは、公衆衛生、環境モニタリング、および軍事部門において依然として重要な問題です。研究チームは、揮発性ガスの検出をユーザーに即座に通知する、安価で超小型のウェアラブルホログラムセンサーを開発しました。

研究者らは、メタ表面をガス反応性液晶光変調器と統合して、有害ガスが検出されたときに即座に視覚的なホログラフィックアラームを提供するセンサーを開発しました。従来のガス検知装置は、製造コストが高いため、広く使用されていません。さらに、市販のガスセンサーには、使用が難しく、携帯性と反応速度が悪いという制限があります。

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エンジニアのトレボンバドルエが技術概要に語る ウェアラブルセンサーの設計について。

これらの問題を解決するために、チームはメタサーフェスを利用しました。これは、光の屈折率を制御することで可視オブジェクトを非表示にすることで「不可視のマント」効果を持つことが知られている光学デバイスです。メタサーフェスは、光を自由に制御することにより、双方向ホログラムまたは3Dビデオ画像を送信するために特に使用されます。

チームはメタサーフェスを使用して、内部の液晶層の液晶分子の配向変化により変形する透過光の偏光制御により、ホログラフィックイメージアラームをわずか数秒で宇宙に浮かせるガスセンサーを開発しました。ガスにさらされたときのセンサーデバイス。さらに、ガスセンサーは、他の従来の商用ガスセンサーとは異なり、外部の機械的または電子的デバイスからのサポートを必要としません。

研究者らは、腹痛、頭痛、めまい、さらには白血病を引き起こす可能性のある有毒物質として知られている標的有害ガスとしてイソプロピルアルコールを使用しました。センサーは、約200ppmの微量のガスでも検出できることを確認しました。ボードマーカー（私たちの日常生活における揮発性ガス源）を使用した実際の実験では、マーカーがセンサーに到達した瞬間に視覚的なホログラフィックアラームが瞬時にポップアップしました。

柔軟でウェアラブルなガスセンサーを製造するために、ワンステップのナノコンポジット印刷法が開発されました。以前は硬質基板上で処理されていたメタ表面構造は、湾曲した基板または柔軟な基板上でのシングルステップナノキャスティングプロセスによる迅速な製造を可能にするように設計されました。この方法で製造されたフレキシブルセンサーは、安全メガネにステッカーのように貼付すると、ガスを検知してホログラムアラームを表示することができます。 Apple、Samsung、Google、Facebookで開発中のガラスタイプのARディスプレイシステムとの統合が期待されています。

チームは、ホログラフィックアラームで周囲のガスや生化学物質の種類と濃度レベルを表示できる高性能環境センサーを開発し、さまざまなホログラフィック画像をエンコードできる光学設計技術を研究しています。これらの研究が成功すれば、生化学的またはガス漏れによって引き起こされる事故を減らすために使用することができます。これは、音響および視覚ノイズが激しい、より極端な作業環境で特に効果的です。