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《EU Horizon 2020 项目ULISSES开发可穿戴的片上光学式气体传感器》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2019-03-17

  • Senseair AB、AMO GmbH、KTH皇家理工学院、牛津仪器等离子体技术（OIPT）、Graphenea Semiconductor SL、慕尼黑联邦国防军大学、加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所以及SCIPROMSàrl推出了ULISSES项目，并且已获得地平线2020计划的资金支持。该项目旨在开发一种新小型片上光学式气体传感器，为物联网提供低成本的分布式传感器节点。

    项目合作伙伴将把硅光子学与二维（2D）材料相结合，为物联网实提供集成光学式气体传感器节点。这些节点能够以低成本大批量生产，在尺寸和功耗都较小。这项开发使其能应用于可穿戴设备的气体传感器、小型无人飞行器（UAV）等。

    通过利用ulisses合作开发的波导集成二维材料光电探测器，在1D纳米线中红外发射器和基于中间波导的气体传感方面取得了突破，ULISSES的目标是将传感器功耗降低三个数量级。 此外，ULISSES将实施一种新的自校准边缘计算算法，该算法利用节点到节点的通信来消除低成本气体传感器的成本动因。

    在未来的四年中，合作伙伴相互依靠，却又分工明确，气体传感器供应商Senseair AB将在SCIPROM的帮助下参与ULISSES项目。AMO将制造硅光子学芯片,会利用到OIPT开发的系统，以及KTH和AMO公司开发的集成硅波导、二维材料光电探测器。二维材料将由BundeswehrMünchen和Graphenea大学提供。ICN2将提供建模和仿真支持，以优化传感器设计和效率，SENSEAR将带领各种应用演示人员，与KTH一起为物联网应用准备所需的传感器。

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  • 《斯图加特大学与柏林的研究人员密切合作致力于开发可穿戴的量子传感器》
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2025-01-03
    • 近日，斯图加特大学的衍生公司SpinMagIC正在开发一种手掌大小的量子传感器来测量食品的保质期，作为一家初创公司，这家从斯图加特大学分拆出来的公司将获得德国联邦经济和气候保护部（BMWK）的EXIST研究转移计划的资金。 “这种量子传感器技术的成功已经近在咫尺。现在我们只需要全力以赴地将其推向市场，“Jens Anders教授说。这正是四名年轻人正在努力的事情。他们的衍生公司SpinMagIC旨在使用量子传感器轻松测量产品的生命周期。其中两位 Belal Alnajjar 和 Anh Chu 是Anders教授的博士研究生，他们在斯图加特大学智能传感器研究所（IIS）的实验室工作。另外两名 - 物理学博士研究生Michele Segantini和Jakob Fitschen在系主任Klaus Lips教授的“能源转换和量子信息科学研究所的粒子自旋研究室”工作，其中Jakob Fitschen负责衍生公司的财务管理和日常运营并使其盈利，该研究室位于柏林的亥姆霍兹中心（HZB）。Anders和Lips非常擅长测量电子自旋共振（简称ESR）的工作，这是一种测量特别反应性分子的方法。他们因这项技术在2019年获得了著名的HZB技术成果转化奖。 德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）于2024年10月1日批准了资助，四位创始人现在有两年的时间使他们的衍生公司取得成功。博士生得到创业研究所（ENI）、技术成果转让倡议 TTI GmbH [DE] 和斯图加特大学技术成果转化中心TRACES以及国家倡议“NXTGN”[DE]（以前称为“Gründermotor”）的支持。来自斯图加特和柏林的三位博士生多年来一直在不同的项目上密切合作，彼此非常了解。Jakob Fitschen于6个月前加入。这种团队合作在开发高度复杂的可穿戴量子传感器时至关重要。 SpinMagIC依赖于能够检测活性分子（即自由基）的量子传感器。任何具有未配对电子的物质都可以用这款传感器进行定量测量。例如，自由基会导致皮肤更快老化。它们还会使食物快速分解。Anders指出，ESR已被用于测量自由基“80年”。到目前为止，它们的使用受到限制，因为这些设备太笨重，至少重达一吨，成本高达数十万欧元。即便是现有的台式设备也重约120公斤，而且价格非常昂贵。这对高效的操作流程或广泛的产品应用来说是一个严峻的问题。但是现在这种情况正在突然改变，而微型化是解决这个问题的关键。研究人员测量产品保质期所需要的只是一个小型的永磁体和一个带有集成电路的微芯片。 测量工作是怎么进行的？微芯片的大小不超过1平方毫米。它由所有高频电路元件组成，这些元件负责激发未配对的电子并感应它们的量子特性。在测量过程中，研究人员打开一个微型泵，将样品输送到芯片上，或者直接将传感器浸入待测量的液体中，自由基的数量显示在屏幕上。“利用轻质丝材3D打印出的结构提供了一种经济高效的方法来实现强大的共振磁体，”物理学家Alnajjar强调说。在打印之前，他进行了大量模拟以确定最佳解决方案。现在3D打印出的磁铁重量约为40克。磁铁的内部由环状材料构成。“选择磁环是为了确保磁场强度的高度均匀，”Alnajjar说。低重量和高质量是这些共振磁体的关键特性。 研究人员为SpinMagIC 感到自豪。这个合成词的三个组成部分是：Spin代表具有自身角动量的电子，Mag代表使测量成为可能的磁铁，IC 代表集成电路。这个项目分工很明确：“我们斯图加特负责开发核心技术”，电气工程师Chu强调说。这些核心技术包括永磁体和带有微型芯片集成量子传感器的电路板。柏林的物理学家Segantini基于初步发现研究各种应用，例如测量食品的保质期。特别是，他与橄榄油生产部门有着良好的联系。计划是在两年内将最终产品推向市场，并获得第一批进行测试的试点用户。“体积极小，价格实惠，并且具有非常高的测量精度，”Chu说，他特别强调了食品行业的严格要求及其对我们产品研发所提供的强大激励。 这种新的测量方法可用于确定可充电电池的状况，甚至可用于化学工业中常用的催化过程，例如分子聚合反应的过程。它在制药行业中的应用是可行的，同样也可以用来测量空气或水中的污染。“我们从BMWK获得了未来两年的固定预算，”Chu说。因此，SpinMagIC的融资得到了保障。“但我们对风险投资和私人投资者也持开放态度。” 这些微型部件目前还不能安装到智能手表中。然而，研究人员计划最终将测量设备集成到一个更小的设备中。
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  • 《工程师们为植物制造可穿戴传感器，以测量农作物的用水量。》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2018-01-31
    • 爱荷华州立大学的研究人员开发了这些“植物纹身传感器”，以实时测量农作物的用水量。美国爱荷华州立大学的植物学家Patrick Schnable很快描述了他如何测量两种玉米植株的时间，将水从根部移动到较低的叶子上，然后移到叶子上。 这不是技术上的，精确的，海报上的谈话。这是一名研究人员，致力于开发一种新型的、低成本的、易于制作的、以石墨烯为基础的传感器-磁带，可以附着在植物上，并能向研究人员和农民提供新的数据。 他说:“有了这样的工具，我们就可以开始培育更有效地使用水的植物。”“这是令人兴奋的。我们以前做不到。但是，一旦我们能够测量一些东西，我们就能开始理解它。 让这些水测量成为可能的工具是一个微小的石墨烯传感器，可以用胶带粘在植物上——研究人员将其命名为“植物纹身传感器”。石墨烯是一种神奇的材料。它是一个碳的蜂窝，只是一个原子的厚度，它能很好地导电和加热，而且它是坚固和稳定的。在这项研究中，石墨烯带技术也被用于生产可穿戴的应变和压力传感器，包括内置在“智能手套”内的传感器，用来测量手部运动。 研究人员描述了各种各样的传感器，以及“基于石墨烯的纳米材料的简单和通用的方法”，在《高级材料技术》杂志2017年12月刊封面上的一篇论文中创建了柔性传感器。 这项研究主要是由爱荷华州的植物科学研究所的教师学者计划资助的。 梁东，爱荷华州电气和计算机工程副教授，是该论文的主要作者和技术开发人员。Seval Oren是一名电子和计算机工程专业的博士生，也是帮助开发传感器制造技术的合作者之一。帮助测试传感器应用的合著者是Schnable，爱荷华州的植物科学研究所所长，Charles F. Curtiss著名的农业和生命科学教授，爱荷华州玉米促进委员会捐赠的遗传学主席和农业企业家的贝克学者;以及土木、建筑和环境工程教授哈利·塞兰(Halil Ceylan)。 “我们正在尝试制造更便宜、性能更佳的传感器，”Dong说。 为了做到这一点，研究人员已经开发出了一种在磁带上制作复杂石墨烯图案的过程。Dong说，第一步是在聚合物块的表面形成锯齿状图案，要么是成型工艺，要么是3d打印。工程师们将液体石墨烯溶液涂在木块上，填入缩进的图案。他们用胶带去除多余的石墨烯。然后他们用另一条带子把石墨烯图案拉掉，在磁带上创建一个传感器。 这个过程可以产生精确的图案，只有500万分之一米宽——仅仅是普通人类头发直径的二十分之一。Dong说，这样小的模式可以提高传感器的灵敏度。 举个例子，这个过程产生了一个详细的图像，显示爱荷华州的飓风吉祥物的直径小于2毫米。“我认为这可能是最小的气旋，”董说。 “这个制作过程非常简单，”董说。“你只是用磁带来制造这些传感器。成本仅为美分。 在植物研究方面，传感器是用氧化石墨烯制成的，这种材料对水蒸气非常敏感。水蒸汽的存在改变了材料的导电性，可以通过量化来精确测量叶片的蒸腾作用(水蒸气的释放)。 Dong说，这种植物传感器已经在实验室和试验田试验中成功地进行了测试。 美国农业部农业和粮食研究计划的一项新的3年、472,363美元的拨款将支持对玉米作物的水运进行更多的实地测试。爱荷华州农学副教授、土壤科学教授威廉·t·弗兰肯伯格将领导该项目。联合调查人员包括董建华和Schnable。 爱荷华州立大学研究基金会已经申请了传感器技术的专利。研究基金会还授予一个选项来商业化EnGeniousAg——艾姆斯的技术创业公司创办的盾,Schnable,可以见到效果和詹姆斯•Schnable农学的助理教授布拉斯加-林肯大学的园艺,合作者在另一个爱荷华州传感器项目引发了公司成立(Patrick Schnable的儿子)。 “迄今为止我们测试过的基于磁带的传感器最令人兴奋的应用是植物传感器，”Dong说。“对于植物来说，可穿戴电子传感器的概念是全新的。”而且植物传感器非常微小，它们可以检测植物的蒸腾作用，但它们不会影响植物生长或作物生产。 但这并不是所有传感器都能做到的。该技术可以为各种各样的应用“开辟一条新路线”，作者在他们的论文中写道，包括用于生物医学诊断的传感器，用于检查建筑物的结构完整性，用于监测环境，以及在适当的修改之后，用于检测农作物的疾病或杀虫剂。 —— 文章发布于2018年1月4日
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