В случае внедрения устройство повысит безопасность, улучшит характеристики автомобиля и снизит расход топлива. Группа надеется, что датчик износа шин станет первым из многих, которые могут подорвать рынок датчиков контроля шин и колес стоимостью 2 миллиарда долларов.В сотрудничестве с Fetch Automotive Design Group исследователи Duke продемонстрировали конструкцию с использованием металлических углеродных нанотрубок (крошечные цилиндры атомов углерода диаметром всего одну миллиардную метра), которые могут отслеживать миллиметровые изменения глубины протектора с точностью 99 процентов.
Поскольку два патента находятся на рассмотрении, исследователи находятся в процессе налаживания сотрудничества в отрасли, чтобы внедрить эту технологию в ближайшую к вам шину.«Со всеми технологиями и датчиками, которые используются в современных автомобилях, безумие думать, что почти не собираются данные с той единственной части транспортного средства, которая фактически касается дороги», — сказал Аарон Франклин, доцент кафедры электротехники. и компьютерная инженерия в Duke. «Наш датчик протектора шины — это идеальное сочетание высоких технологий и простого решения».
В статье, опубликованной 9 июня в журнале IEEE Sensors Journal, Франклин и его коллеги конкретизируют конструкцию своих датчиков.Технология основана на хорошо изученной механике взаимодействия электрических полей с металлическими проводниками.
Сердечник датчика формируется путем размещения двух небольших электропроводящих электродов очень близко друг к другу. Путем приложения переменного электрического напряжения к одному и заземления другого между электродами образуется электрическое поле.Хотя большая часть этого электрического поля проходит непосредственно между двумя электродами, некоторые дуги поля возникают между ними.
Когда материал помещается поверх электродов, он мешает так называемому «окаймляющему полю». Измеряя эту помеху по электрическому отклику заземленного электрода, можно определить толщину материала, покрывающего датчик.Несмотря на то, что существует предел толщины материала, который может обнаружить эта установка, этого более чем достаточно, чтобы покрыть несколько миллиметров протектора современных шин.
А с доказательствами субмиллиметрового разрешения технология может легко сказать водителям, когда пора покупать новый комплект шин, или предоставить информацию о неравномерном и часто опасном износе шин, подключив множество датчиков в сетку, чтобы покрыть ширину шины.Испытания также показали, что металлическая сетка, встроенная в шины, не нарушает работу новых датчиков.«Когда мы представляем эту идею отраслевым экспертам, они говорят друг другу:« Почему мы не пробовали это раньше? »- сказал Франклин. «Это кажется таким очевидным, когда вы это видите, но так обстоит дело с большинством хороших изобретений».
Хотя датчик может быть изготовлен из различных материалов и методов, в документе объясняется, как исследователи оптимизировали производительность, исследуя различные переменные, от размера и структуры датчика до материалов подложки и чернил. Наилучшие результаты были получены при печати электродов из металлических углеродных нанотрубок на гибкой полиимидной пленке. Металлические углеродные нанотрубки не только обеспечивают наилучшие результаты, но и достаточно долговечны, чтобы выдерживать суровые условия внутри шины.
С помощью аэрозольного струйного принтера датчики можно распечатать практически на чем угодно — даже на внутренней стороне самих шин. И хотя пока нет уверенности в том, что прямая печать будет лучшим производственным подходом, какой бы подход в конечном итоге ни использовался, Франклин сказал, что датчики должны стоить гораздо меньше копейки за штуку, когда они будут производиться в большом количестве.
Группа Франклина также хочет изучить другие автомобильные приложения для печатных датчиков, такие как отслеживание толщины тормозных колодок или давления воздуха в шинах. Это соответствует ключевой тенденции в автомобильном секторе к использованию встроенных наносенсоров.
Другие продукты для отслеживания шин недавно появились на рынке. Например, шинная компания Pirelli недавно представила систему для электронного отслеживания каждой шины — когда она была установлена, сколько миль она прошла, когда последний раз обслуживалась и т. Д. — и использует алгоритм для оценки ее износа. . Хотя это не то же самое, что активное физическое измерение протектора шины, это показывает, что рынок для такого рода информации есть.
Но технология не ограничивается автомобилями. «Эта установка может использоваться практически со всем, что не является металлическим или слишком толстым», — сказал Франклин. «Сейчас мы фокусируемся на шинах, но на самом деле все, что вам не нужно разрезать, чтобы определить его толщину, можно отслеживать с помощью этой технологии в режиме реального времени».