Привет !
Так получилось, что я родился еще в Советском Союзе. Дело было в небольшом наукограде рядом с Москвой, в семье научных сотрудников. Рос в лучших традициях окончания советской эпохи, учился в обычной школе. Физика и математика давались мне легко, а вот гуманитарные науки не очень. В старших классах начал готовился к поступлению в институт, а по выходным капал картошку и собирал колорадских жуков, но сам мечтал быть бизнесменом и носить красный пиджак. Как и планировалось, я поступил в приличный технический ВУЗ, окончил его и получил специальность инженер-физик, как и мой отец. Но желание зарабатывать больше, чем родители у меня осталось. Поэтому карьера физика меня не радовала. И вот сейчас я работаю в инвестиционном бизнесе. Все бы ничего, но как-то мы разговорились с родителями о том, чем они сейчас занимаются. Оказалось, что спустя 20 лет работы, они пришли от теоретической науки к практической. И именно тут столкнулись с весьма банальной и простой проблемой – как из научного открытия сделать полезный и продаваемый продукт для потребителя? Но обо всем по порядку.
Чтобы не утомлять вас долгими, пусть и красочными, историями, перейду сразу к делу. В научной группе, в которой работают мои родители, был разработан новый материал. Нет, это не графен, но тоже весьма интересный. Это прозрачная органическая проводящая пленка, толщиной от 5 до 25 мкр, обладающая очень высокой чувствительностью для измерения температуры, давления, влажности и деформации. Высокая чувствительность пленки по сравнению с классическими металлами, заложена природой самого материала. Она обусловлена мягкой кристаллической решеткой, которая может деформироваться намного сильнее, чем решетка неорганических материалов, и отклик электрического сопротивления существенно выше (по сравнению с металлами).
Кроме того в пленке наблюдается эффект Зеебека (термоЭДС). Данный эффект в пленках был обнаружен относительно недавно, т.ч. еще до конца не изучен и не оптимизирован, но в первом приближении получается следующее:
Rвн = 40 кОм (разное для разных типов сенсоров)
Delta T = 10 градус С
U = 500 мкрВ
I = 500 / 40 000 = 0,0125 мкрА
Толщина пленки указана 25 мкр, т.к. именно для такой проводились данные измерения. Теоретически она может быть и минимальной (около 5 мкр), но тогда возникает вопрос толщины контактов.
Так же можно использовать свойства пленки в гибкой электронике
Использование пленок в гибкой электронике позволяет уйти от проблемы совмещения органических и неорганических материалов. Благодаря органическому происхождению пленки ее очень легко наносить на полимерные органические же матрицы (модуль Юнга в данном случае будет одного порядка), что повышает прочность относительно классических решений основанных на металлах.
Кроме того, благодаря гибкости пленки ее можно использовать и в текстильной промышленности, а именно вшивая сенсоры прямо в одежду.
Все технические выкладки и ссылки на статьи будут ниже. Но это все в теории, а что же на практике? Где можно применять все эти чудесные свойства? Первое что пришло в голову — была медицина. Я забыл упомянуть, что пленка полностью биосовместима (есть соответствующие сертификаты), это значит, что пленка не отторгается человеческим организмом. Почему медицина? Все просто, родители работают в Европе, а тут больше всего денег именно в этом секторе. Но начался кризис, и финансирование было заморожено. К тому моменту, уже были наработки. Например, был разработан прибор для измерения внутриглазного давления с помощью контактной линзы, дело оставалось за малым – беспроводная передача снимаемого сигнала. Но в команде нет «электронщика» и из этого вытекает куча проблем. Нет финансирования, значит нельзя нанять специалиста на стороне. А значит не получается довести до «коробки» продукт без заказа на разработку со стороны. Как говорят местные врачи, измерение и мониторинг внутриглазного давления очень важен для определения глаукомы на ранней стадии, когда ее еще можно вылечить. Я не специалист в этой области, т.ч. без комментариев.
В данном эксперименте использовался свиной глаз, надеюсь, защитники животных не будут оскорблены в своих чувствах картинкой ниже.
Дальше была идея разработать систему мониторинга жизнедеятельности человека, способную снимать в режиме он-лайн все основные показатели: пульс, температуру, давление, дыхание, движение и т.д. Но опять все уперлось в электронику, и вывод сигнала скажем на смартфон по блютус с возможностью передачи данных дальше по сотовым сетям. Думаю, нет смысла писать область применения подобных решений.
Датчика измеряющего пульса. Лабораторная разработка. Да это все уже есть в том или ином виде, но не забываем про уникальные свойства пленки, такие как биосовместимость, гибкость, дешевизну, чувствительность и простоту в использовании.
Возможность измерения дыхания:
Лабораторный образец прибора. Пленка установлена вот тут.
Но было решено начинать с более локальных и простых приборов — доработали интубационную трубку. Принцип очень прост, на внутреннюю поверхность трубки наклеивают небольшую полоску пленки, которая очень точно измеряет давление поступающего и выходящего из легких воздуха. Такая система, позволяет избежать повреждения легких из-за слишком высокого давления в системе поддержания жизнедеятельности.
Примерно на этом этапе я и узнал про работы направленные на коммерциализацию данных исследований. Естественно я пытался найти инвесторов в России (благо специфика моей работы позволяет, есть выходы как на просто богатых людей, так и на владельцев крупных производств), но никто из тех с кем я встречался не интересуется инвестициями в медицину, что в целом очень свойственно для всех развивающихся рынков, таких как Россия. И вот к чему я пришел, есть новый интересный запатентованный материал, дешевый в производстве (в лабораторных условиях 1 кв. см. стоит около 1.5 евроцентов) это с одной стороны. И есть инвесторы, готовые вложить как просто много денег, так и очень много денег в производство, но производство готового продукта, а не самой пленки, это с другой стороны. Но проблема в том, что продукта так и нет.
Одна из идей, для старта работы в России была в объединении пленки и RFID метки. Т.е. создание не просто метки, а метки умеющей давать в режиме он-лайн информацию о температуре и/или влажности в каждой упаковке/контейнере (складское хранение). Или биометки для измерения «средней температуры пациентов по больнице» одним нажатием кнопки. Другое решение (предложенное одной крупной корпорацией, но так и оставшееся на стадии «интересной разработки»), использование меток в автомобильных шинах для измерения давления. Про сочетание пленки и RFID технологии можно фантазировать довольно много, особенно если вспомнить про эффект термоЭДС, что позволяет теоретически улучшить (?) показатели пассивных меток. Но проблема все та же самая, нет человека, кто бы смог хотя бы на коленках соединить RFID и пленку и показать, как это работает. Не говоря уже про то, что нет программиста способного написать нужный софт.
Вот мы и подошли к тому, зачем я решил написать этот пост. Собственно саму Хабру я нашел в поисках информации о RFID. Честно пытался сам разобраться, но понял, что вся физика и радиоэлектроника была слишком давно в моей жизни и мне сейчас ближе такие понятия как IBIDTA, ROE и т.д. Конечно, у меня остались друзья, кто не пошел в бизнес, а остался в R&D и мы с ними уже начали сотрудничать по этому направлению, но все двигается очень медленно и пока не факт, что закончится чем-то по-настоящему интересным. А ведь очень хочется, чтобы путь из лаборатории до производства был максимально коротким, а не затянулся на несколько десятков лет, как это обычно бывает.
В последнее время, мне все больше и больше нравится краудсорсинг для решения каких либо задач. Поэтому я решил написать пост сюда. С одной стороны, на Хабре очень много профессионалов умеющих работать руками (не раз в этом убеждался, читая различные статьи) и может быть, кто то захочет попробовать сделать сенсор с использованием данных пленок. С другой стороны многие из вас работают в тех отраслях, где использование пленок может быть интересным решением, как для внедрения новой системы мониторинга, так и для оптимизации существующих решений. Ну и конечно же будет интересно услышать ваши идеи о способах применения подобных пленок. А если найдутся люди из R&D, кому будет интересно сотрудничество на уровне научных групп, то я буду только рад.
Другими словами, я приглашаю всех желающих принять участие в одной из самых интересных фаз разработки чего-то нового – в выводе нового материала из лаборатории в массовое производство. И чем черт не шутит, если получится что-то интересное, то кроме тех потенциальных инвесторов, про которых я писал выше, всегда есть kickstarter и другие подобные ресурсы.
Ну и еще немного для полета фантазии: чувствительность пленки (размер 1 кв.см. при потреблении 25 mW/день) позволяет измерить изменение температуры в изолированном помещении (комната 20 квадратов) при появлении там человека. Были идеи снабдить сенсорами геймпады для PS и Xbox, для измерения пульса игрока и влажности рук, но они только что выпустили новые девайсы, хотя если тут найдутся люди из Sony или Microsoft, буду рад сотрудничеству. Так же высокая чувствительность позволяет задуматься над использованием пленок в инклинометрах. Данная пленка является синтетическим материалом, что позволяет менять ее структуру и свойства (в рамках разумного) в зависимости от поставленных целей. Например немного изменяя структуру пленки мы получаем сенсор чувствительный к деформации стабильно работающий в широком спектре температур (от 140 К до 350 К). Или изменив еще немного структуру получаем датчик влажности работающий от 10% до 100% влажности. При этом нет необходимости в «просушке» сенсора после использования. И в конце хотел добавить, что данные пленки довольно долговечны – некоторые образцы работают уже около 15 лет, т.е. практически с момента их синтеза.
За другими тех.данными и пруфпиками прошу по ссылкам ниже:
Ссылки на некоторые статьи:
1. Ultrasensitive Piezoresistive All-Organic Flexible Thin Films
2. Highly piezoresistive textiles based on a soft conducting charge transfer salt
3. Linked Crystallites in the Conducting Topmost Layer of Polymer Bilayer Films Controlled by Temperature: From Micro- to Nanocrystallites
4. Direct micro-patterning of TTF-based organic conductors on flexible substrates
5. All-organic pressure sensor for monitoring quite large pressure values with a high level of measurement accuracy
Дисклаймер: как я уже писал, я сейчас очень далек от науки в целом, так что если где-то я что-то не совсем правильно написал, прошу не винить и давать свои замечания в личку, буду исправлять. В целом прощу рассматривать данную статью как перевод с научного языка на более менее обычный. Если же будут вопросы по существу, велкам, постараюсь сам ответить, а если не получится, переадресую их компетентным людям.
Автор: poohi
