حسگر تشخیص آنلاین ضخامت تایر خودرو

هرساله در سراسر جهان افراد زیادی در تصادفات رانندگی جان خود را از دست داده و یا دچار جراحات شدید می شوند. بسیاری از این تصادفات ناشی از لاستیک فرسوده می باشد. طبق بررسی های صورت گرفته 26 درصد لاستیک ها در تصادفات ناشی از لاستیک فرسوده، عمق آجی کمتر از 2.32 اینچ داشته اند. طبق گفته انجمن خودروی آمریکا در هنگام بارندگی و لغزندگی جاده ها، مسافت ترمز خودروهایی که لاستیک فرسوده دارند می تواند تا 26.5 متر افزایش یابد و این در حالی است که استفاده از لاستیک فرسوده کنترل شوندگی خودرو را نیز می تواند تا 33 درصد کاهش دهد.

در گذشته تنها تکنیک تشخیص فرسودگی لاستیک خودروها اندازه گیری ارتفاع آج توسط ابزار دقیق اندازه گیری بوده است که نیاز است این فرآیند جهت اطمینان از سلامت لاستیک بطور دوره ای و منظم انجام گیرد. بسیاری از افراد یا از نحوه ی اندازه گیری آج لاستیک ها بی اطلاع هستند، یا به ابزارهای مناسب اندازه گیری ارتفاع آج لاستیک دسترسی ندارند و یا از اهمیت این امر آگاهی کافی ندارند. شرکت های بزرگ حمل و نقل در سراسر جهان هر ساله هزینه ها و خسارات گزافی را در ارتباط با لاستیک های فرسوده و نبود یک راه حل قابل اتکا برای تشخیص زمان مناسب تعویض متحمل می گردند. بهینه سازی و تسهیل فرآیند نظارت بر ضخامت آج لاستیک و تشخیص بازه زمانی مناسب تعویض لاستیک فرسوده می تواند میلیون ها دلار صرفه جویی را در پی داشته باشد.

در سال‌های اخیر شاهد پیشرفت‌های بسیاری در صنعت خودروسازی بوده ایم که بخش عمده ای از این بهینه سازی ها در امتداد به حداقل رساندن نقش دخالت سرنشین خودرو در تشخیص و شناسایی عیوب و مشکلات مربوط به خودرو بوده است. این فرآیند مستقل زایی، بخصوص زمانی که بحث ایمنی سرنشینان مطرح باشد از درجه‌ی اهمیت بالایی برخوردار است. برای این منظور لازم است که وضعیت خودرو بصورت مستقل و بدون دخالت انسان بطور ایمن و مداوم پایش گردد. در بحث لاستیک خودرو نیز گرچه سنسورهای فشار بهبودهایی را در بحث امنیت خودرو ایجاد کرده اند، همچنان در صنعت نیاز مبرمی برای رصد هم زمان آج لاستیک وجود دارد.

فناوری نانو به عنوان فناوری برتر قرن حاضر به خوبی توانایی خود را در حل چالش‌های گوناگون در زمینه های مختلف اثبات کرده است. در هر عرصه‌ای که فناوری‌های نسل قبل از ادامه ی کار بازمانده اند، ورود فناوری نانو توانسته مسیرهای جدیدی را برای توسعه و پیشرفت‌های بعدی بگشاید. یکی از این زمینه‌ها که با ورود فناوری نانو دستخوش انقلابی گردیده است، عرصه‌ی حسگرها می‌باشد. حسگرهای اصلاح شده، بهینه شده و ساخته شده توسط فناوری نانو و نانومواد روش‌های نوینی را در بحث سنجش فیزیکی، شیمیایی و بایولوژیکی ارائه کرده که حساسیت بیشتر، اختصاصی‌تر و دامنه‌ی وسیع‌تر از ارزیابی‌های ایمنی، سلامتی و زیست‌محیطی تنها بخشی از این ارتقا محسوب می‌شوند. اخیرا با استفاده از فناوری نانو و نانومواد محققین توانسته اند نوعی حسگر پرینت شده را ابداع کنند که قادر است ارتفاع آج خودرو را بصورت بلادرنگ رصد کند و در حالتی که ضخامت این لایه از یک حد ایمن کمتر شود راننده را با فرستادن سیگنال هشدار آگاه ‌سازد. بکارگیری این نوع حسگر می‌تواند ایمنی و کارایی وسیله نقلیه را افزایش داده و مصرف سوخت را کاهش دهد. هدف از پیشنهادیه پروژه‌ی حاضر تولید یک نمونه نانوحسگر مشابه می‌باشد که قادر است ضخامت لاستیک خودرو را بصورت آنلاین پایش نماید.

  • تولید گرافن

برای تولید گرافن از روش هامر اصلاح شده استفاده می‌شود. این روش یکی از تکنیک‌های تولید گرافن در حجم بالا بوده و تکنیکی صنعتی محسوب می‌‌شود. در این روش محصول تولید شده نسبت به روش‌های موجود دیگر از هزینه‌ی پایین‌تری برخوردار بوده و نسبت به روش‌های دیگر نیز از سرعت بالاتری برخوردار است. مجموعه پیشنهاد دهنده طرح، در حال حاضر این محصول را بصورت صنعتی تولید و وارد بازار ایران نموده است. سایر مشخصات محصول ما را می توانید در آدرس http://namago.ir ملاحظه بفرمائید.

  • تولید نانولوله

برای تولید نانولوله کربنی از تکنیک قوس الکتریکی که یکی از متداول ترین روش‌های تولید نانولوله است استفاده می‌شود. این روش، تکنیکی نسبتا ساده بوده و ارزان نیز محسوب می‌شود. در این روش، نانولوله‌های کربنی توسط تبخیر قوس الکتریک دو میله‌ی کربنی که درون یک محفظه‌ی حاوی گاز خنثی قرار گرفته اند ایجاد می‌شوند. پس از تولید و با استفاده از روش های مختلف جداسازی می توان انواع نانولوله های کربنی و از جمله نانولوله کربنی فلزی را در اختیار داشت.

2-2 تولید جوهر حاوی نانومواد

برای پرینت نانومواد روی سطوح، ایجاد یک جوهر پایدار از این نوع مواد امری الزامی می‌باشد. در حال حاضر جوهرهای مختلفی از نانومواد گوناگون قابل تهیه می‌باشد، اما در بحث تولید حسگرها از آنجایی که غالبا خواص الکتریکی در اولویت می‌باشد پر استفاده ترین نانومواد در این زمینه شامل نانولوله‌های کربنی، گرافن و مشتقات این دو ماده می‌باشند. با این وجود، استفاده از سایر نانوذرات از جمله نانوذرات نقره و طلا که امکان تجاری سازی بیشتری دارند نیز قابل تأمل خواهد بود. بسترهایی که باید بعنوان جوهر استفاده شوند نیز دارای استاندارها و نکات فنی قابل توجهی هستند که با توجه به کاربرد خاص سنسور موردنظر و میزان هدایت و رزولوشن تغییرات هدایت لازم برای آن کاربرد خاص باید طراحی شوند.

3-2 پرینت حسگر

بطور کلی در این مرحله حسگر توسط یک پرینتر مخصوص آئروسل پرینت می‌شود. در این فرآیند، نانومواد در یک محلول مایع غوطه ور شده و توسط دستگاه فراصوت اتمیزه می‌شوند تا آئروسل آماده سازی گردد. سپس این آئروسل توسط جریان گاز نیتروژن به قسمت فوقانی پرینتر حمل شده تا در ادامه توسط نازل بر روی زیرلایه افشانه گردد. این فرآیند امکان چاپ با دقت زیر 10 میکرومتر را فراهم می‌آورد و می‌توان از تنوع گسترده‌ای از جوهرهای حاوی نانومواد در آن بهره برد. این حسگر حاوی دو الکترود کوچک می‌باشد که فاصله‌ای در مقیاس میکرومتر نسبت به یکدیگر دارند.

4-2 اندازه گیری ضخامت بر اساس الگوی تداخل میدان الکتریکی

در این مرحله با برقرار ساختن ولتاژ میان دو الکترود چاپ شده یک میدان الکتریکی بین دو الکترود تشکیل می‌شود. در حالی که حداکثر مقدار این ولتاژ بطور مستقیم بین دو الکترود ایجاد می‌گردد، مقداری از میادین بصورت کمان هایی در بالای دو الکترود تشکیل می‌گردد، با توجه به این موضوع، زمانی که ماده‌ای در قسمت فوقانی الکترودها قرار میگیرد یک الگوی اختلال در میدان‌های الکتریکی ایجاد می‌گردد که با افزایش یا کاهش ضخامت ماده‌ی فوقانی این الگو دچار تغییراتی می‌شود. با ترجمه‌ی این الگوی اختلال می‌توان ضخامت لایه‌ی فوقانی را با دقت میکرومتر اندازه‌گیری کرد. شکل 1، ساختار کلی سنسور پیشنهادی را ارائه می دهد.

شکل 1: تصویر ساختار کلی حسگر پیشنهاد شده و نحوه‌ی عملکرد آن. الف) تصویر شماتیک از پیکربندی الکترودهای سنسور و نحوه مختل شدن میدان الکتریکی توسط لایه فوقانی. (ب) تصویر شماتیک از نحوه‌ی انجام تست سنجش ضخامت.