美國加州大學(xué)伯克利分校(UCB)與臺(tái)灣新竹交大宣布，利用3D打印機(jī)制作了可以掌握牛奶鮮度的牛奶盒蓋“smartcap”。論文發(fā)表在《Microsystems&Nanoengineering》上。
在盒裝牛奶的盒蓋中形成的電路概要。在盒內(nèi)有牛奶的狀態(tài)下稍微晃一下牛奶盒，牛奶就會(huì)流入盒蓋的電容器之間，成為電容器的“介電體”。
利用此次的技術(shù)在樹脂中試制的無源元件群。左起依次為電阻器、電感器、電容器、三維LC電路。中間的是1美分硬幣。前面的試制品中的“BSACCal”是BerkeleySensorandActuatorCenter，UniversityofCalifornia(加州大學(xué)伯克利分校傳感器和執(zhí)行器中心)的縮寫。
該盒蓋作為一種無線標(biāo)簽發(fā)揮作用。具體來說，在盒蓋上形成了由電容器和電感器構(gòu)成的共振電路，電容器的電極之間積存的牛奶，作為電容器的介電體工作。從外部的無線標(biāo)簽讀取器接收到電波后，共振頻率會(huì)隨著當(dāng)時(shí)的牛奶狀態(tài)變化，由此掌握牛奶的鮮度。
將盒裝牛奶放在22攝氏度的室內(nèi)，36小時(shí)內(nèi)細(xì)菌會(huì)增加，因此共振頻率會(huì)降低4.3%。但如果保存在內(nèi)部溫度為4攝氏度的冰箱里，36小時(shí)之后，共振頻率也只降低0.12%。不單單是牛奶，只要是液狀食品都可以利用該方法檢查。
打印后“注入”電路
以前，3D打印機(jī)大多采用材料不通電的樹脂，利用3D打印機(jī)制造電氣布線的案例比較少。此次，UCB等首先采用樹脂和蠟，用3D打印機(jī)“印刷”了包含電路圖案的盒蓋。然后去除蠟，在其中注入銀(Ag)墨，形成了布線、電極、電容器和電感器等。
目前存在制造成本的課題，不過“量產(chǎn)的話，最終成本能降到完全可用于食品包裝的程度”(UCB機(jī)械工程系教授、伯克利傳感器和執(zhí)行器中心聯(lián)席主任林立偉)。無線標(biāo)簽讀取器還可以利用手機(jī)等，“用手機(jī)就能檢測店鋪貨架上的食品鮮度”(林立偉)。
不過，林立偉認(rèn)為用3D打印機(jī)制作手機(jī)等復(fù)雜的系統(tǒng)整體比較困難。“估計(jì)用3D打印機(jī)應(yīng)對目前的電子電路的微細(xì)化非常困難。尤其是用3D打印機(jī)制作集成電路，光從成本上看就很困難。不過，需要定制的元件則有很大的可能性”(林立偉)。
林立偉具體列舉了血壓計(jì)及肌電傳感器等體內(nèi)植入用元件等，稱正在推進(jìn)研究開發(fā)。
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