(PhysOrg.com) -- I ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato un prototipo di sensore wireless in grado di rilevare tracce di un ingrediente chiave trovato in molti esplosivi.

Il dispositivo, che impiega nanotubi di carbonio ed è stampato su carta o materiale simile alla carta utilizzando la tecnologia a getto d'inchiostro standard, potrebbero essere schierati in gran numero per allertare le autorità della presenza di esplosivi, come gli ordigni esplosivi improvvisati (IED).

"Questo prototipo rappresenta un passo significativo verso la produzione di un sistema wireless integrato per il rilevamento di esplosivi, " disse Krishna Naishadham, un ricercatore principale che sta conducendo il lavoro presso il Georgia Tech Research Institute (GTRI). “Incorpora un sensore e un dispositivo di comunicazione in un piccolo, pacchetto a basso costo che potrebbe funzionare quasi ovunque.”

Altri tipi di sensori di gas pericolosi si basano sulla costosa fabbricazione di semiconduttori e sulla gascromatografia, Naishadham ha detto, e consumano più energia, richiedono l'intervento umano, e in genere non funzionano a temperatura ambiente. Per di più, quei sensori non sono stati integrati con dispositivi di comunicazione come antenne.

Il componente wireless per comunicare le informazioni del sensore, un'antenna leggera risonante, è stato stampato su carta fotografica utilizzando tecniche a getto d'inchiostro ideate dal professor Manos Tentzeris della School of Electrical and Computer Engineering della Georgia Tech. Tentzeris sta collaborando con Naishadham allo sviluppo del dispositivo di rilevamento.

La componente sensoriale, a base di nanotubi di carbonio funzionalizzati (CNT), è stato fabbricato e testato per la sensibilità di rilevamento da Xiaojuan (Judy) Song, un ricercatore GTRI. Il dispositivo si basa su materiali in nanotubi di carbonio ottimizzati da Song.

Una presentazione su questa tecnologia di rilevamento è stata fatta a luglio all'IEEE Antennas and Propagation Symposium (IEEE APS) a Spokane, Lavare., di Hoseon Lee, un dottorato di ricerca studente presso la Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica co-consigliato da Tentzeris e Naishadham. Il documento ha ricevuto l'Honorable Mention Award nel concorso Best Student Paper al simposio.

Questo non è il primo sensore di ammoniaca stampato a getto d'inchiostro che è stato integrato con un'antenna su carta, disse Tentzeris. Il suo gruppo ha prodotto un sensore integrato simile lo scorso anno in collaborazione con il gruppo di ricerca di C.P. Wong, che è professore al Regents e presidente dotato dello Smithgall Institute presso la School of Materials Science and Engineering presso la Georgia Tech.

"La differenza fondamentale è che questo nuovissimo sensore CNT possiede una sensibilità notevolmente migliorata alle minuscole concentrazioni di ammoniaca, ” ha detto Tentzeris. "Ciò dovrebbe consentire alle prime applicazioni pratiche di rilevare tracce di gas pericolosi in ambienti operativi difficili utilizzando dispositivi stampati a getto d'inchiostro".

Tentzeris ha spiegato che la chiave per stampare i componenti, circuiti e antenne si trovano in nuovi "inchiostri" che contengono nanoparticelle d'argento in un'emulsione che può essere depositata dalla stampante a basse temperature, circa 100 gradi Celsius. Un processo chiamato sonicazione aiuta a raggiungere la viscosità e l'omogeneità dell'inchiostro ottimali, consentendo un deposito uniforme del materiale e consentendo la massima efficacia operativa per i componenti cartacei.

"La stampa a getto d'inchiostro è conveniente e conveniente rispetto ad altre tecnologie come l'incisione a umido, ” ha detto Tentzeris. “Utilizzando gli inchiostri appropriati, una stampante può essere utilizzata quasi ovunque per produrre circuiti e componenti personalizzati, sostituendo i tradizionali approcci in camera bianca”.

I materiali a basso costo, come la carta fotografica pesante o la plastica come il polietilene tereftalato, possono essere resi resistenti all'acqua per garantire una maggiore affidabilità, Ha aggiunto. La stampa di componenti a getto d'inchiostro può anche utilizzare materiali organici flessibili, come il polimero a cristalli liquidi (LCP), noti per la loro robustezza e resistenza agli agenti atmosferici. I componenti risultanti sono di dimensioni simili ai componenti convenzionali, ma possono conformarsi e aderire a quasi tutte le superfici.

Naishadham ha spiegato che le stesse tecniche a getto d'inchiostro utilizzate per produrre componenti RF, circuiti e antenne possono essere utilizzati anche per depositare i nanotubi di carbonio funzionalizzati utilizzati per il rilevamento. Queste strutture cilindriche su nanoscala, circa un miliardesimo di metro di diametro, o 1/50, 000esimo della larghezza di un capello umano, sono funzionalizzati rivestendoli con un polimero conduttivo che attrae l'ammoniaca, un ingrediente principale presente in molti IED.

La sonicazione dei nanotubi di carbonio funzionalizzati produce un inchiostro a base d'acqua uniforme che può essere stampato fianco a fianco con componenti RF e antenne per produrre un nodo sensore wireless compatto.

"I nanotubi di carbonio ottimizzati vengono applicati come una pellicola sensibile, con funzionalizzazione specifica progettata per un particolare gas o analita, " ha detto la canzone. "Il sensore GTRI rileva tracce di ammoniaca che di solito si trova vicino a dispositivi esplosivi, e può anche essere progettato per rilevare gas simili in casa, ambienti sanitari e industriali a livelli di concentrazione molto bassi”.

Il sensore è stato progettato per rilevare l'ammoniaca in tracce, a partire da cinque parti per milione, disse Naishadham.

Il risultante pacchetto di rilevamento integrato può potenzialmente rilevare la presenza di tracce di materiali esplosivi a distanza, senza mettere in pericolo vite umane. Questo approccio, chiamato rilevamento dello stallo, prevede l'uso della tecnologia RF per identificare materiali esplosivi a una distanza relativamente sicura. Il team GTRI ha progettato il dispositivo per inviare un avviso al personale nelle vicinanze quando rileva l'ammoniaca.

I nodi del sensore wireless richiedono una potenza relativamente bassa, che potrebbe provenire da una serie di tecnologie tra cui batterie a film sottile, celle solari o tecniche di power-scavenging e energy harvesting. In collaborazione con i gruppi di Tentzeris e Wong, GTRI sta studiando modi per far funzionare il sensore in modo passivo, senza alcun consumo di energia.

"Ci stiamo concentrando sul rilevamento di situazioni di stallo per coloro che sono impegnati in missioni militari o umanitarie e altre situazioni pericolose, Naishadham ha detto. “Crediamo che sarà possibile, e conveniente, per distribuire un gran numero di questi rilevatori su veicoli o robot in una zona di impegno militare”.