不久之前，消費(fèi)者在家中便能3D打印出電子線路和無線傳感器。

而如今，加州大學(xué)伯克利分校的工程師，和臺(tái)灣國立交通大學(xué)的同仁們，正致力于讓3D打印技術(shù)能夠打印出更多電子組件，例如電阻、變壓器、電容器，還有集成無線電氣傳感系統(tǒng)，讓本來就已經(jīng)厲害的3D技術(shù)更上一層樓。目前，他們已經(jīng)在測試這項(xiàng)技術(shù)，為一牛奶紙盒打印一頂無線“智能帽子”，通過內(nèi)置傳感器探測食物是否有變質(zhì)的跡象。

這項(xiàng)研究于7月20日（周一），在自然出版集團(tuán)一份開放獲取的雜志《微系統(tǒng)與納米工程》上發(fā)表。

在過去的十年當(dāng)中，一些重大的研究讓3D打印技術(shù)可以打印出很多類型的產(chǎn)品，包括修復(fù)學(xué)方面的、醫(yī)學(xué)植入物、玩具、汽車零部件、建筑材料，甚至食物。而目前，這份目錄上還缺少的，就是傳感電子部件。

機(jī)械工程教授、伯克利傳感器與驅(qū)動(dòng)器中心主任、資深作者Liwei Lin說：“我們的論文描述了基本電器元件的3D打印，還有無線傳感器的首次演示。將來，人們只要從網(wǎng)上下載3D打印的文件，以及自定義形狀和顏色，就可以在家自己打印這些有用的設(shè)備了。”

聚合物在3D打印界里是非常受歡迎的材料，因?yàn)樗鼈兊撵`活性，它們可以形成各種各樣不同的形狀。不過，這種材料的導(dǎo)電性能不好，因此對(duì)于要打印電子設(shè)備來說并不是特別好的材料。為了解決這個(gè)問題，研究員們開始打造一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是以聚合物和蠟做材料的。做完產(chǎn)品以后，他們就把蠟?zāi)米?，這樣產(chǎn)品里就會(huì)有一些通道，然后再把液態(tài)金屬——他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用的是銀——注入然后再處理。

金屬的形狀和設(shè)計(jì)決定了不同電子設(shè)備的功能。舉個(gè)例子，細(xì)的電線可以做電阻，而平板則會(huì)用做電容。但問題在于：這些金屬是不是真的有用呢？

為了解答這個(gè)問題，研究員們把這些電子部件做成一個(gè)塑料牛奶卡板帽子，來監(jiān)測食物是否變質(zhì)。這個(gè)“智能帽子”內(nèi)置電容和感應(yīng)器，形成共振電路?？焖贀u動(dòng)卡板，牛奶就會(huì)進(jìn)入帽子的電容缺口，然后整個(gè)卡板就會(huì)在室溫中（約71.6華氏度）封閉放置36小時(shí)。

這個(gè)電路可以根據(jù)電子信號(hào)的變化，監(jiān)測細(xì)菌增加的水平。研究員會(huì)定期用無線射頻針頭探測信號(hào)的變化，探測時(shí)間為實(shí)驗(yàn)一開始、之后每隔12個(gè)小時(shí)，直至達(dá)到36小時(shí)的封閉放置時(shí)間。牛奶的不斷變質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致電子信號(hào)的不斷改變。這些改變都會(huì)通過智能帽子無線監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)室溫牛奶的峰值震動(dòng)頻率為開始實(shí)驗(yàn)的1.5小時(shí)，之后震動(dòng)頻率開始下降。相對(duì)比之下，放置在39.2華氏度冰箱里的牛奶，在相同時(shí)間段里，頻率只有0.12%的變化，相對(duì)變化比較小。

Lin說：“這種3D打印技術(shù)將來會(huì)使得電子電路變得比較便宜，這樣便可以加入到食物包裝當(dāng)中，讓消費(fèi)者知道食品是否變質(zhì)。你可以想象一下，在商場買食品的時(shí)候，可以用手機(jī)檢測到食品的新鮮度。”

Lin還說到，隨著3D打印機(jī)變得越來越實(shí)惠，質(zhì)量品質(zhì)越來越好，電子產(chǎn)品的選擇就會(huì)越來越多。不過他認(rèn)為目前消費(fèi)者應(yīng)該暫時(shí)還不會(huì)打印一臺(tái)智能手機(jī)或者是電腦。

他說：“打印一臺(tái)手機(jī)或者電腦肯定很難，因?yàn)楝F(xiàn)代電子產(chǎn)品里有一些部件是非常小的。另外一個(gè)原因，就是價(jià)格方面，因?yàn)槟壳暗募呻娐范际浅膳谱鞯?，這樣成本才會(huì)降低。而另一方面，我認(rèn)為3D打印微電子裝置在自定義系統(tǒng)方面則非常有前途。”

Lin說，他的實(shí)驗(yàn)室正致力于用這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)健康設(shè)備，例如帶有嵌入傳感器的植入裝置，它能夠監(jiān)測血壓、肌肉勞損以及藥物聚集濃度。

這項(xiàng)研究的聯(lián)合作者包括有加州大學(xué)伯克利分校的研究專家Chen Yang以及訪問博士生Sung-Yueh Wu，他們都在Lin的實(shí)驗(yàn)室工作。此外，Wu也是臺(tái)灣國立交通大學(xué)機(jī)械工程教授，本次研究的聯(lián)合作者Wensyang Hsu的學(xué)生。

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