Innowacyjne urządzenie noszone na nadgarstku monitoruje jakość powietrza wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń
Zanieczyszczone powietrze poważnie zagraża zdrowiu, stając się problemem wszystkich mieszkańców krajów rozwiniętych i rozwijających się. Zanieczyszczenia otaczającego nas powietrza, przyjmujące postać wysokiego stężenia małych i bardzo drobnych cząstek pyłu zawieszonego, stanowią największe zagrożenie środowiskowe dla zdrowia, odpowiadając co roku za ponad 3 miliony przedwczesnych zgonów na całym świecie. Przebywanie w pomieszczeniach wypełnionych zanieczyszczonym powietrzem może odbić się na zdrowiu w identyczny sposób, o czym świadczą szacunkowo 2 miliony przedwczesnych zgonów odnotowywanych głównie w krajach rozwijających się. Jednak narażenie na działanie zanieczyszczeń w powietrzu jest kwestią pozostającą poza kontrolą osób indywidualnych. Do tej pory na rynku nie pojawił się żaden osobisty system monitorowania jakości powietrza informujący o warunkach potencjalnie zagrażających zdrowiu. Naukowcom uczestniczącym w finansowanym ze środków unijnych projekcie MSP (Multi-sensor-platform for smart building management) udało się zaprojektować nowe systemy wieloczujnikowe zintegrowane w przestrzeni 3D. Funkcje wieloczujnikowego systemu MSP obejmują wykrywanie szkodliwych i toksycznych gazów, pyłu zawieszonego i jego najdrobniejszych cząstek oraz światła podczerwonego, widzialnego i ultrafioletowego, a także pomiar temperatury i wilgotności. Droga do mobilnej stacji monitorującej warunki środowiskowe „Demonstracyjny system MSP łączy w sobie szeroką gamę wysoce zaawansowanych czujników gazów, których konstrukcja oparta jest na nanodrutach, nanocząsteczkach i grafenie, oraz czujniki optyczne wykrywające promieniowanie ultrafioletowe, widzialne i podczerwone” – twierdzi koordynator projektu, Anton Köck. System składający się w sumie z 57 czujników, z których 52 są czujnikami gazów, umieszczono w noszonej na nadgarstku opasce. Dzięki wspomnianym informacjom osoby noszące opaskę mogą zapewnić sobie dostęp do czystszego powietrza, wybierając inną trasę lub otwierając okno w zadymionym pomieszczeniu. Użytkownicy opaski będą mieli do swojej dyspozycji narzędzie, które da im możliwość oceny stanu otaczającego ich środowiska oraz – w razie potrzeby – podjęcia stosownych działań zmierzających do jego poprawy. Dobrodziejstwa nanotechnologii wsparte konwencjonalną elektroniką Zespół projektowy opracował wysoce konkurencyjne technologie produkcji, umożliwiając elastyczną integrację czujników opartych na nanotechnologii z konwencjonalnymi chipami elektronicznymi. Aby nadać urządzeniu założone wcześniej właściwości, włączając w to wysoką wydajność, niskie zużycie energii i niewielkie rozmiary, uczeni wykorzystali technologię przelotek TSV (through-silicon via), która jest podstawowym budulcem układów scalonych o trójwymiarowej konstrukcji. Przelotki TSV są otworami tworzonymi w strukturze wafla krzemowego w drodze wytrawiania. Połączenia tworzy się, wypełniając wspomniane otwory wolframem. „Jednak nie wszystkie urządzenia oparte są na technologii CMOS. Z tego powodu badacze przyjęli podejście mieszane, łącząc połączenia drutowe z technologią TSV, co stanowiło duże wyzwanie dla procesu obtrysku” – wyjaśnia Köck. Technologię TSV zastosowano w konstrukcji czujników gazów, temperatury i światła widzialnego. W przypadku innych rodzajów czujników, włączając w to czujniki promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego, wykorzystano połączenia drutowe. Czujniki jakości powietrza w smartfonach i inteligentnych domach Zespół projektu MSP opracował bogatą gamę wysoce zaawansowanych czujników. Razem tworzą one zestaw narzędzi pozwalający na bardzo elastyczną, trójwymiarową integrację wspomnianych czujników ze zminiaturyzowanymi systemami inteligentnymi, znacznie poszerzając dostępny wachlarz funkcji – a wszystko to na zasadzie „plug and play”. Takie rozwiązanie powinno zapewnić użytkownikom wysoką elastyczność podczas projektowania systemów wieloczujnikowych. Od samego początku celem naukowców uczestniczących w inicjatywie MSP było stworzenie inteligentnych systemów wieloczujnikowych do monitorowania jakości powietrza zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz pomieszczeń. Jednak do grona innych potencjalnych zastosowań można też zaliczyć inteligentne systemy zarządzania budynkami, inteligentne domy i elektronikę użytkową. Inteligentne systemy monitorowania jakości powietrza wyposażone w czujniki pyłu zawieszonego, dwutlenku węgla, temperatury i wilgotności oraz dostępne w inteligentnych domach bądź z poziomu smartfona lub tabletu mogą okazać się szczególnie przydatne dla osób cierpiących na astmę lub choroby układu sercowo-naczyniowego.
Słowa kluczowe
Urządzenia noszone na ciele, w pomieszczeniach, na zewnątrz pomieszczeń, jakość powietrza, MSP, czujniki gazów, trójwymiarowa integracja
