轮胎控制传感器成本可能低至一美分

总规模约20亿美元的轮胎控制传感器市场，可能被一种创新但超低价的印刷传感器打乱。杜克大学(Duke University)的研究人员和Fetch Automotive Design Group合作开发了一种采用金属碳纳米管的全新设计，能以99%的精度追踪轮胎纹路深度的毫米级变化，并在遇到危险时警告司机，而且成本可低至一美分。

杜克大学的电气与计算器工程系副教授Aaron Franklin指出，用于当前汽车中的所有技术和传感器，几乎没有任何数据是从汽车实际与道路接触中而收集的，而新开发的轮胎胎面传感器则是高端技术与简单解决方案的新结合。

该技术主要依赖电磁场与金属导体的相互作用。传感器的核心是通过放置两个彼此非常接近的小导电电极而形成。通过将振荡电压施加到其中一个并使另一个接地，便能在电极之间形成电场。

图：在柔性表面上的印刷碳纳米管。轮胎胎面传感器的原型位于中间，其二侧分别是杜克大学和Fetch集团的标志。(图片来源：杜克大学)

虽然大部分电场直接通过两个电极之间，但它们之间有一些场弧。当材料放置在电极顶部时，它会干扰所谓的“边缘场”。通过接地电极的电响应来测量这种干扰，可以确定覆盖传感器的材料的厚度。

虽然这种设置可以检测到的材料厚度有限，但是足以涵盖当今轮胎的几毫米胎面。而亚毫米分辨率也能实时提醒驾驶何时需要购买新轮胎;或是通过连接网格中的多个传感器来覆盖轮胎宽度，以提供关于不均匀和具危险性的轮胎磨损信息。

测试表明，嵌入在轮胎内的金属网不会破坏新传感器的操作。

图：传感器被放置在轮胎的内侧，轮胎壁和胎面干扰两个电极之间的电场。这种干扰可用毫米精度测量橡胶厚度。(图片来源：杜克大学)

这个方法看似简单，但“当我们向业内专家介绍这个想法时，他们会互相说：为什么我们以前没有尝试过?”Franklin说。

研究人员还在探索如何通过传感器尺寸、结构、基底和墨水材料等不同变量来优化新传感器的性能。截至目前，通过在柔性聚酰亚胺膜上印刷由金属碳纳米管制成的电极可获得最佳结果。除了提供最好的结果之外，金属碳纳米管的耐用性足以在轮胎内的恶劣环境中生存。

大多数传感器可以使用气溶胶喷墨打印机打印，即使在轮胎本身的内部亦然。虽然目前还不确定直接印刷将是最好的制造方法，但无论采用何种方法，Franklin称一旦量产，传感器的成本将低于一分钱。另外，Franklin和研究人员也希望能将印刷传感器的应用拓展到其他的汽车应用，如维持剎车片厚度或轮胎内的气压等。

研究人员已经提出两项专利，正在等待审查。