Дешевле при комплексной оценке всей стоимости владения инженерным решением

18 лет на рынке Беларуси, России, Казахстана. И это только начало!

ru | en

Смартфон, который определяет ионных загрязнителей в почве или питьевой воде

26 Июля 2021

Технология сенсорного экрана, используемая в миллиардах смартфонов и планшетов, также может применяться в качестве мощного датчика без каких-либо модификаций.

Исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали, как типичный сенсорный экран можно использовать для определения распространённых ионных загрязнителей в почве или питьевой воде путём нанесения жидких образцов на экран. Чувствительность сенсорного экрана сравнима с чувствительностью типичного лабораторного оборудования, что делает его полезным в условиях ограниченных ресурсов.

Исследователи говорят, что их доказательство концепции может однажды быть расширено для широкого спектра сенсорных приложений, в том числе для биосенсоров или медицинской диагностики, прямо с телефона в вашем кармане. Технология сенсорного экрана повсеместна в нашей жизни: экран обычного смартфона покрыт сеткой электродов, и, когда палец нарушает локальное электрическое поле этих электродов, он интерпретирует сигнал.

Другие команды использовали вычислительную мощность смартфона для распознавания приложений, но они полагались на камеру или периферийные устройства или требовали внесения значительных изменений в экран.

«Мы хотели знать, можем ли мы взаимодействовать с этой технологией по-другому без необходимости кардинально менять экран», – сказал д-р Ронан Дейли из Кембриджского института производства, который руководил исследованием. Учёные начали с компьютерного моделирования, а затем подтвердили его с помощью урезанного автономного сенсорного экрана, предоставленного двумя британскими производителями, аналогичного тем, которые используются в телефонах и планшетах.

Исследователи наносили на экран различные жидкости, чтобы измерить изменение ёмкости, и записывали измерения для каждой капли с помощью стандартного программного обеспечения для тестирования сенсорных экранов. Все ионы в жидкостях по-разному взаимодействуют с электрическими полями экрана в зависимости от концентрации ионов и их заряда.

«Наше моделирование показало, где электрическое поле взаимодействует с каплей жидкости. Затем в наших экспериментах мы обнаружили линейную тенденцию для ряда электролитов, измеренных на сенсорном экране», – сказал первый автор Себастьян Хорстманн, кандидат наук в IfM. «Датчик насыщается при концентрации анионов около 500 микромоль, что может коррелировать с проводимостью, измеренной рядом. Это окно обнаружения идеально подходит для определения ионного загрязнения в питьевой воде».

Одним из первых применений этой технологии может быть обнаружение загрязнения питьевой водой мышьяком. Мышьяк – ещё один распространенный загрязнитель, обнаруживаемый в грунтовых водах во многих частях мира, но большинство муниципальных систем водоснабжения фильтруют его до того, как попадут в бытовой кран. Однако в тех частях мира, где нет водоочистных сооружений, загрязнение этим химическим элементом представляет собой серьезную проблему.

«Теоретически вы можете добавить в телефон каплю воды перед тем, как его выпить, чтобы убедиться, что он безопасен», - сказал Дейли.

На данный момент чувствительность экранов телефонов и планшетов настроена для пальцев, но исследователи говорят, что чувствительность можно изменить в определенной части, скорректировав конструкцию электродов, чтобы оптимизировать их для восприятия.

«Программное обеспечение телефона должно будет взаимодействовать с этой частью экрана, чтобы обеспечить оптимальное электрическое поле и быть более чувствительным к целевому иону, но это достижимо», – сказала профессор Лиза Холл из Кембриджского факультета химической инженерии и биотехнологии. Хотя теперь возможно обнаруживать ионы с помощью сенсорного экрана, исследователи надеются и дальше развивать эту технологию, чтобы она могла обнаруживать широкий спектр молекул. Это может открыть огромный спектр потенциальных приложений для здоровья.

«Например, если бы мы могли получить чувствительность до такой степени, что сенсорный экран мог бы обнаруживать тяжелые металлы, его можно было бы использовать для проверки таких вещей, как свинец в питьевой воде. Мы также надеемся в будущем поставить датчики для мониторинга здоровья дома. Это отправная точка для более широкого изучения использования сенсорных экранов в мобильных технологиях и создания инструментов, доступных для всех, позволяющих быстро измерять и передавать данные».