Cảm biến thông minh có khả năng phân hủy sinh học để giám sát các mặt hàng nhạy cảm.

Hàng hóa khổng lồ lưu thông khắp toàn cầu mỗi ngày. Chúng bao gồm những lô hàng đặc biệt dễ vỡ, chẳng hạn như một số loại vắc-xin, thuốc men và thực phẩm. Để đảm bảo những sản phẩm này đến nơi an toàn, chúng phải được duy trì trong một phạm vi nhiệt độ nhất định trong suốt toàn bộ chuỗi cung ứng. Nhưng việc trang bị cho mỗi lô hàng các cảm biến dựa trên silicon và chip không dây là tốn kém và không bền vững.

Các nhà nghiên cứu từ EPFL, Empa và CSEM đã giải quyết thách thức này trong một dự án kéo dài bốn năm có tên GREENsPACK . Cùng nhau, họ đã phát triển một thẻ cảm biến thông minh không dây, không chip, được in ấn, có thể phát hiện xem ngưỡng nhiệt độ nhất định có bị vượt quá hay không. Miếng dán nhỏ này không chứa silicon và được làm từ vật liệu phân hủy sinh học. Dự án được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ (SNSF) và Innosuisse như một phần của chương trình BRIDGE Discovery.

“Thẻ thông minh của chúng tôi có thể hỗ trợ Internet vạn vật bền vững, từ việc lựa chọn vật liệu đến giảm thiểu chất thải thông qua sản xuất bồi đắp, cho đến việc ủ phân sau khi sử dụng,” Danick Briand thuộc Phòng thí nghiệm Bộ chuyển đổi mềm ( LMTS ), do Herbert Shea đứng đầu, tại Trường Kỹ thuật của EPFL cho biết. Briand là đồng tác giả của một bài báo mô tả thiết bị này, gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Mạch điện bền vững có bộ nhớ

Nhóm nghiên cứu LMTS đã chế tạo cảm biến trên một chất nền composite gồm các sợi sinh học và cellulose được phát triển tại Empa, dựa trên thiết kế và công nghệ đọc dữ liệu được phát triển tại CSEM. Để hoạt động, thẻ này không cần pin hay chip silicon phát tín hiệu. Thay vào đó, nó dựa trên một bộ cộng hưởng điện không dây được làm từ các đường dẫn kẽm có độ dẫn điện cao và ổn định, được bảo vệ bởi một lớp sáp tự nhiên. Nếu các mạch này tiếp xúc với trường điện từ, ví dụ như từ đầu đọc thẻ không dây, một hiện tượng cộng hưởng sẽ được tạo ra mà đầu đọc có thể giải mã. Nếu nhiệt độ ngưỡng bị vượt quá, một loại dầu sinh học rắn sẽ tan chảy trên mạch, làm thay đổi hiện tượng cộng hưởng này. Lần tiếp theo nhãn được đọc, nó sẽ hiển thị: lô hàng này đã từng bị quá nóng.

Năm 2022, thế giới sản xuất 62 megaton rác thải điện tử – tương đương với 16 tháp Eiffel mỗi ngày – nhưng chỉ có 22% trong số đó được tái chế đúng cách.

Có thể thiết lập các ngưỡng nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào loại dầu được sử dụng, bao gồm dầu ô liu đông lạnh, dầu jojoba và dầu dừa, vì chúng tan chảy ở các nhiệt độ khác nhau, gây ra sự thay đổi tần số cộng hưởng không thể đảo ngược. Sau khi tan chảy, dầu được hấp thụ bởi vật liệu xenluloza đặt bên dưới, cho phép thẻ hoạt động đáng tin cậy ở các góc nghiêng khác nhau.

Các nhà nghiên cứu và đồng tác giả của LMTS, James Bourely và Nicolas Fumeaux, cho biết họ hy vọng công nghệ của mình có thể giúp giải quyết mối lo ngại ngày càng tăng về môi trường do rác thải điện tử gây ra.

“Năm 2022, thế giới đã sản xuất 62 megaton rác thải điện tử – tương đương với 16 tháp Eiffel mỗi ngày – trong đó chỉ có 22% được tái chế đúng cách. Công trình nghiên cứu của chúng tôi đại diện cho một nền tảng công nghệ xanh để sản xuất các bảng mạch in bền vững và do đó giảm thiểu rác thải điện tử.”