อุบัติเหตุจากก๊าซ เช่น การรั่วไหลของก๊าซพิษในโรงงานอุตสาหกรรม การรั่วไหลของคาร์บอนมอนออกไซด์จากบอยเลอร์ หรือก๊าซที่เกิดจากการทำความสำอาดล้วนก่อให้เกิดอันตรายต่อชีวิตและเกิดการบาดเจ็บได้ การพัฒนาเซนเซอร์เพื่อตรวจจับก๊าซพิษหรือชีวเคมีที่มีอันตรายได้อย่างรวดเร็วกลายเป็นส่วนสำคัญในการป้องกันเหตุร้าย การติดตามสภาพแวดล้อม ไปจนถึงการใช้งานในกองทัพ โดยล่าสุดนักวิจัยจาก POSTECH ได้พัฒนาเซนเซอร์โฮโลแกรมขนาดเล็กที่สามรถสวมใส่ได้เพื่อแจ้งเตือนผู้ใช้เมื่อตรวจจับก๊าซพิษได้ ซึ่งอุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นมานั้นยังมีราคาที่ไม่แพงอีกด้วย
ความสำเร็จนี้เป็นผลจากความร่วมมือระหว่างภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและเคมี โดยเป็นการบูรณาการระหว่าง Metasurface และ Gas-Reactive Liquid Crystal Optical Modulator เพื่อพัฒนาเซนเซอร์ที่สามารถแจ้งเตือนเป็นภาพได้ทันทีเมื่อมีการตรวจจับก๊าซที่เป็นอันตรายได้
สำหรับผู้คนที่ต้องทำงานในพื้นที่เสี่ยง เช่น โรงงานปิโตรเคมี เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซถือว่ามีความสำคัญอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ตรวจจับก๊าซที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันไม่ได้มีการใช้งานกันอย่างกว้างขวาง เป็นผลจากราคาที่สูงและต้องทำการผลิตด้วยเครื่องจักรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อน นอกจากนี้ยีงมีข้อจำกัดที่ทำให้การใช้งานมีความยากลำบากเพิ่มขึ้นไปอีกทั้งยังพกพายากและมีการตอบสนองที่ช้าอีกด้วย
เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวทีมวิจัยได้ใช้ Metasurface หรือที่รู้จักกันดีว่าเป็นอุปกรณ์ Optical แห่งอนาคตที่มีลักษณะเป็นเหมือนอุปกรณ์ล่องหนที่ทำการควบคุมดัชนีหักเหของแสง ซึ่ง Metasurface นิยมใช้ในการส่งสัญญาณโฮโลแกรมหรือภาพวิดีโอ 3 มิติ แบบ 2 ทางด้วยการควบคุมแสงอย่างอิสระ
การใช้ Metasurface นั้นทีมวิจัยได้พัฒนาเซนเซอร์ตรวจจับก๊าซที่สามารถสร้างภาพโฮโลแกรมลอยตัวเพื่อแจ้งเตือนได้ในเวลาไม่กี่วินาที ด้วยการควบคุม Polarization ของแสงที่ส่งออกมาซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงโมเลกุลของคริสตัลเหลว (Liquid Crystal) ในชั้นของคริสตัลเหลว (Liquid Crystal Layer) ภายในเซนเซอร์เมื่อเกิดการสัมผัสกับก๊าซ นอกจากนี้อุปกรณ์ที่ถูกพัฒนาขึ้นมายังไม่ต้องการการสนับสนุนจากอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือกลไกภายนอกเพื่อใช้งานซึ่งแตกต่างจากเซนเซอร์ตรวจจับก๊าซที่ใช้งานกันอยู่โดยทั่วไป นักวิจัยได้เลือก Isopropyl Alcohol เป็นเป้าหมายสำหรับก๊าซอันตราย เช่น สารตั้งต้นที่เป็นพิษซึ่งก่อให้เกิดการปวดท้อง ปวดหัว การเวียนหัวหรือแม้กระทั่งลูคีเมีย
เซนเซอร์ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาได้รับการยืนยันในการตรวจจับก๊าซที่มีปริมาณน้อยได้ โดยการตรวจจับอยู่ที่ประมาณ 200ppm ในการทดสอบจริงที่สามารถพบเจอได้ในชีวิตประจำวันภาพโฮโลแกรมจะเด้งขึ้นมาแทบจะในทันทีเมื่อก๊าซเข้าถึงยังเซนเซอร์
ในการผลิตนั้นทีมวิจัยได้ใช้การพิมพ์ Nanocomposite เพื่อสร้างเซนเซอร์ก๊าซแบบสวมใส่ที่มีความยืดหยุ่นนี้ โครงสร้างของ Metasurface มาจากสารตั้งต้นที่มีความแข็ง ถูกออกแบบให้ผลิตได้อย่างรวดเร็วในกระบวนการ Nanocasting กระบวนการเดียวบนวัตถุดิบตั้งต้นที่มีความโค้งหรือมีความยืดหยุ่น
การผลิตแบบนี้จะเป็นเหมือนสติกเกอร์ที่ติดอยู่บนแว่นรักษาความปลอดภัย ทำให้สามารถตรวจจับก๊าซและแสดงผลเตือนเป็นโฮโลแกรม สามารถทำงานร่วมกับแว่น AR ได้ซึ่งปัจจุบันกำลังอยู่ในช่วงการพัฒนาที่ Apple, Samsung, Google และ Facebook
ที่มา:
Postech.ac.kr
เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง:
The White Paper: ป้องกันก๊าซและไฟในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย
