杜克大學(xué)的電氣與計(jì)算器工程系副教授Aaron Franklin指出，用于當(dāng)前汽車(chē)中的所有技術(shù)和傳感器，幾乎沒(méi)有任何數(shù)據(jù)是從汽車(chē)實(shí)際與道路接觸中而收集的，而新開(kāi)發(fā)的輪胎胎面?zhèn)鞲衅鲃t是高端技術(shù)與簡(jiǎn)單解決方案的新結(jié)合。
該技術(shù)主要依賴電磁場(chǎng)與金屬導(dǎo)體的相互作用。傳感器的核心是通過(guò)放置兩個(gè)彼此非常接近的小導(dǎo)電電極而形成。通過(guò)將振蕩電壓施加到其中一個(gè)并使另一個(gè)接地，便能在電極之間形成電場(chǎng)。
圖：在柔性表面上的印刷碳納米管。輪胎胎面?zhèn)鞲衅鞯脑臀挥谥虚g，其二側(cè)分別是杜克大學(xué)和Fetch集團(tuán)的標(biāo)志。(圖片來(lái)源：杜克大學(xué))
雖然大部分電場(chǎng)直接通過(guò)兩個(gè)電極之間，但它們之間有一些場(chǎng)弧。當(dāng)材料放置在電極頂部時(shí)，它會(huì)干擾所謂的“邊緣場(chǎng)”。通過(guò)接地電極的電響應(yīng)來(lái)測(cè)量這種干擾，可以確定覆蓋傳感器的材料的厚度。
雖然這種設(shè)置可以檢測(cè)到的材料厚度有限，但是足以涵蓋當(dāng)今輪胎的幾毫米胎面。而亞毫米分辨率也能實(shí)時(shí)提醒駕駛何時(shí)需要購(gòu)買(mǎi)新輪胎;或是通過(guò)連接網(wǎng)格中的多個(gè)傳感器來(lái)覆蓋輪胎寬度，以提供關(guān)于不均勻和具危險(xiǎn)性的輪胎磨損信息。
測(cè)試表明，嵌入在輪胎內(nèi)的金屬網(wǎng)不會(huì)破壞新傳感器的操作。
圖：傳感器被放置在輪胎的內(nèi)側(cè)，輪胎壁和胎面干擾兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)。這種干擾可用毫米精度測(cè)量橡膠厚度。(圖片來(lái)源：杜克大學(xué))
這個(gè)方法看似簡(jiǎn)單，但“當(dāng)我們向業(yè)內(nèi)專家介紹這個(gè)想法時(shí)，他們會(huì)互相說(shuō)：為什么我們以前沒(méi)有嘗試過(guò)?”Franklin說(shuō)。
研究人員還在探索如何通過(guò)傳感器尺寸、結(jié)構(gòu)、基底和墨水材料等不同變量來(lái)優(yōu)化新傳感器的性能。截至目前，通過(guò)在柔性聚酰亞胺膜上印刷由金屬碳納米管制成的電極可獲得最佳結(jié)果。除了提供最好的結(jié)果之外，金屬碳納米管的耐用性足以在輪胎內(nèi)的惡劣環(huán)境中生存。
大多數(shù)傳感器可以使用氣溶膠噴墨打印機(jī)打印，即使在輪胎本身的內(nèi)部亦然。雖然目前還不確定直接印刷將是最好的制造方法，但無(wú)論采用何種方法，F(xiàn)ranklin稱一旦量產(chǎn)，傳感器的成本將低于一分錢(qián)。另外，F(xiàn)ranklin和研究人員也希望能將印刷傳感器的應(yīng)用拓展到其他的汽車(chē)應(yīng)用，如維持剎車(chē)片厚度或輪胎內(nèi)的氣壓等。
研究人員已經(jīng)提出兩項(xiàng)專利，正在等待審查。
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