Method Article
אנו להקים כאן שיטה ציפוי המשטח של התקן צליל אקוסטי משטח (ראה) עם סרט טפלון אמורפי כדי לשפר את היעילות atomization הנדרשים ליישום לתצוגה חוש הריח.
מאז חוש הריח הוא חוש חשוב בממשקי אדם, פיתחנו של התצוגה חוש הריח באמצעות atomizer על פני השטח גל אקוסטי (ראה) ו- micro-מיכלי. זו תצוגה חוש הריח, היעילות של atomization חשובה על מנת למנוע בעיות התמדה הריח המוכרים של ממשקים חוש הריח האנושי. לפיכך, המכשיר המסור מצופה אמורפי סרט טפלון כדי לשנות את הטבע המצע הידרופילית הידרופובי. יש גם צורך silanize פני מצע פיזואלקטריים לפני ציפוי טפלון כדי לשפר את הידבקות של הסרט. שיטת ציפוי מטבל אומצה כדי להשיג ציפוי אחיד על המצע. ברז חשמלי במהירות גבוהה שימשה כמו מיקרו-מפיק מגבונים לחים זרבובית טיפונת נוזל על פני המכשיר ראה מאז הפארמצבטית ודיוק שלה היו גבוהות. . אז, atomization הפך קל על המצע הידרופובי. במחקר זה, ציפוי טפלון אמורפי בשביל למזער את הנוזל הנותר על המצע לאחר atomization נחקר. המטרה של הפרוטוקול המתואר כאן כדי להראות את פעולות השירות עבור ציפוי משטח המכשיר מסור עם סרט טפלון אמורפי, יצירת הריח באמצעות atomizer את המסור של מיקרו-מפיק מגבונים לחים, ואחריו מבחן החושים.
למרות מכשירי גירוי החושים חזותיים ושמיעתיים פופולרי, אנחנו לא יכול להציג את כל התחושות כך אנו תופסים; אנחנו בדרך כלל יכול להציג סנסציה באמצעות רק אלה בשני מובנים. התצוגה חוש הריח הוא גאדג'ט זה יכול להציג ריח, הוא משמש במציאות וירטואלית כך המשתמש הניתן ניחוחות1,2,3,4,5,6, 7. מאז חוש הריח תורמת רבות רגשות, גירוי חוש הריח הוא חיוני לשיפור המציאות. למדנו בעבר סרטים, אנימציות ומשחקים עם ניחוחות8,9.
מספר חוקרים חקרו מציג חוש הריח; לדוגמה, Yanagida למד מקרן הריח המספק ניחוח לאדם מסוים גם כאשר אף אחד בסביבה אותו או אותה מפיק אותה1. יאמאדה ואח למדו על לוקליזציה מקור הריח בחלל וירטואלי באמצעות מודל פשוט Gaussian הפצה של ריח ריכוז2. קים ואח הציעו את הרעיון של מערכים דו מימדי של התקנים משחרר ריח 3. יתר על כן, פשוט מציג חוש הריח לביש את מערך מופע קולי עבור שליטה על הכיוון של הניחוחות האלה היו המוצע4,5,6.
אחת הבעיות בתצוגת חוש הריח הוא הריח התמדה. משתמש עשוי לזהות את הריח גם לאחר הכוונה היא לשנות את האוויר או ריח אחר. מאז עדיף לעבור בין ניחוחות במהירות האפשרית במציאות וירטואלית, הבעיה התמדה הריח צריך להילמד.
חקרנו את התצוגה חוש הריח עם פונקציה של מיזוג מרכיבים רבים. קודם לכן פיתחנו מערכת זו באמצעות ברזים עם מיתוג מהיר10. למרות stably זה מתמזג מרכיבים רבים, אנו יכול לא עדיין לפתור את בעיית הריח התמדה. לפיכך, מאז פיתחנו את התצוגה חוש הריח באמצעות מיקרו-מתקני החלוקה של המסור atomizer ב11. למרות טכניקות דומות שימשו כדי לתפעל טיפות נוזל12,13,14, אנחנו הוחלו ריח הדור. המכשיר המסור מתאים תרסיסים למייבשי טיפות נוזל מאז זה יכול להפריד לאטומים טיפות נוזל באופן מיידי15,16; עם זאת, מצאנו כי טיפות נוזל קטנות להישאר על מצע פיזואלקטריים לאחר atomization. אלה טיפות נוזל קטנות לגרום התמדה הריח, גם אם רוב הנוזל הוא אטומיזציה.
בדרך כלל, בושם התפרקה לתוך הממס כגון אתנול להפחתת צמיגות. עם זאת, בושם מדולל מתפשט על פני מצע פיזואלקטריים עקב טבעה הידרופיליות, היעילות atomization מתדרדר כשהוא מתפשט סרט דק. לפיכך, חלק השרידים נוזלי גם לאחר atomization, אשר לא ניתן להסיר גם אם הכוח RF גדל. מאז הממס מתאדה מהר אחרי, רק את הבושם נשאר על כמחוקה ומודבקת המצע.
במחקר זה, אנחנו מעיל על פני מצע פיזואלקטריים עם סרט טפלון אמורפי דק והוא הופך להיות הידרופובי בטבע. מאז אנחנו יכולים לשמור droplet דמוי הספרה על פני הידרופובי, האנרגיה הדרושה עבור ניתוק נוזל מעל פני השטח המצע פוחתת. הוא צפוי כי חל שיפור יעילות atomization כאשר השטח של התקן ראה הופך הידרופובי. המטרה הכוללת של שיטה זו היא לשפר את יעילות atomization כך ריח מוצג באופן מיידי ולא יכול להיעלם במהירות לאחר הצגתה, בסופו של דבר עבור יישום על חוש הריח להציג. בנייר זה, אנו מראים איך מכשיר המסור מצופה סרט טפלון אמורפי, להפגין השיפור של יעילות atomization ואת תוצאותיו ניסויית תוארו את הפניה17.
השיטות המתוארות כאן אושרו על-ידי האדם מחקר אתיקה הוועדה של טוקיו במכון הטכנולוגי.
1. ראה מכשיר הכנה ובדיקת עכבה
2. Silanization
3. ציפוי טפלון אמורפי
4. ניסיוני מה השטויות Atomization
5. atomization
6. זיהוי ריחות
Microliter אחד של אתנול הונח על חשוף והן מצופה LiNbO3 מצעים (אתנול בדרך כלל שימש הממס בושם). בשכבה דקיקה של אתנול פתרון הוקמה אחרי זה התפשט אל המצע (איור 6a); מצד שני, צורת כדור, כמו שמר על המצע מצופה (איור 6b). זווית הקשר microliter אחד של מים עלה מ-50 ל 110 מעלות לאחר ציפוי טפלון אמורפי (איור 6 c ו- 6 d). התברר כי ציפוי טפלון אמורפי משופרת הטבע הידרופובי. צורת כדור, כמו ה-droplet שמר על המצע מצופה, ואילו הנוזל התפשט לתוך דקה בסרט על המצע חשופות.
בשלב הבא, הניסוי עם atomization של 200 nL של לבנדר היה לבצע (איור 7). תמונות עוקבות של atomization ללא ועם ציפוי מוצגים באיור 7 א 7 ב, בהתאמה. ציר הזמן בתמונות היה המתקבלים מספר המסגרות שהוקלט על ידי מצלמה דיגיטלית. לבנדר היה מדולל עם אתנול (יחס דילול: 50:1 וי/v). על המצע חשופות, הנוזל התפשט מיד לאחר זה היה בגליל. 33 ms, חזקה atomization התרחשה במרכז של נוזל, ואילו רק מוגבל ערפל נוצרה בקצה נוזלי בתוך המעגל כפי שמוצג באיור 7 א. ב-100 מילישניות, atomization עצר; אז, למרות atomization התרחשה בפעם הראשונה, זה פסק זמן קצר לאחר מכן לאחר מכן, נותר חלק הנוזל. בעוד הממס התאדו במהירות, חלקי ממס נשאר על פני המצע; לפיכך, ממס הנותרים גרם התמדתו ריח רציני. מצד שני, הצורה כמו כדור עם שלה זווית מגע של יותר מ-90 מעלות נשמר על המצע מצופה אחרי זה היה בגליל (איור 7 ב). ערפל מרוכז נוצר במהלך atomization. לאחר atomization, הרבה פחות נוזלים לאזור קטן נשאר באזור קטן יותר בהשוואה המצע חשופות. מאז הנוזל הנותר לא היה משטח שלם וחלקה אבל במקום זאת יצרו תרסיס אחד, שקשה לחשב במדויק את הכיסוי של טיפות על ציפוי טפלון. בערך, הנוזל הנותר על פני הידרופובי היה לכל היותר 10% זה על פני השטח הידרופילית.
איור 1: המסור atomizer ב. (א) קביעת התצורה של התקן ראה ו- (ב) עקרון atomizer ב המסור. אלקטרודה שלה מורכב כרום וזהב. איור 1a מודפס עם הרשאה20. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: ראיתי את המכשיר על לוח מעגלים מודפסים.
איור 3: לטבול coater השתמשו במחקר זה.
איור 4: זמן רצפים. (א) waveform של האות פרץ RF. הערכים הטיפוסי של Vpp ו- Tr V 85p-p הינם 1 s, בהתאמה. חובה טיפוסי מחזור כמו TH/Tr הוא 10%. (ב) חלה על מתקן מיקרו-גל. טיפוסי Tw, T ו- N הם 1 ms, 10 ms ו- 70 פולסים, בהתאמה.
איור 5: הגדרת הניסוי עבור תרסיסים למייבשי droplet נוזלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: השוואה של droplet נוזלי הצורה בין חשופות ומצופות subtrates. מוצגות מבט מלמעלה (א) של הסרט דק על פני niobate ליתיום חשופות ונוף (ב) צד של ה-droplet נוזלי על האחד מצופה. Microliter אחד של אתנול היה בשימוש בשני (א) ו- (b). כאן, (ג) ו- (ד) הצג נופים צדדיים של microliter אחד של מים על מצעים חשופות ומצופות, בהתאמה. איור זה שוחזר עם הרשאה17. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7: Atomization של ה-droplet נוזלי. המוצגים הם (א) הידרופילי (ליתיום חשופות niobate) הידרופובי (ב) משטח (המצע מצופה טפלון אמורפי). המדגם הוא 200 nL של לבנדר. איור זה שוחזר עם הרשאה17. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 8: מיקרו-מפיק מגבונים לחים בהתבסס על שסתום סולנואיד. מוצגות העיקרון של מתקן-המיקרו (א) ו- (ב) מעגל מנהל ההתקן עבור ערוץ אחד. איור זה מודפס עם הרשאה20. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 9: יישום של atomizer ב המסור מצופה עם סרט טפלון אמורפי. הפגנה המחקר של ממשקי משתמש חכם (IUI) יום עיון 2018 בטוקיו, יפן.
אחד המרכיבים העיקריים במחקר זה הוא המיקרו-מנפק עשוי18,שסתום סולנואיד במהירות גבוהה19. איור 8a מציג עקרון זה המיקרו-מפיק מגבונים לחים. הבוכנה היה מונע על ידי סליל אלקטרומגנטית. אאוטלט שלה סגור לחלוטין על ידי הבוכנה במהלך שלב OFF. הבוכנה במהירות מהלכים כדי לצייר נוזלי בחזית בזמן קצר על שלב, ואז זה עובר בחזרה למיקום המקורי, מטוסי droplet נוזלי קטן מ דיזה של ברז, המונעת על ידי המעגל שמוצג באיור 8 ב'. הסכום של אחד droplet נוזלי הוא מספר nanoliters. התדירות של השסתום הוא בין 1 ו 1000 הרץ, ורוחבו המינימלי הדופק 0.5 ms, זה עובד הרבה יותר מהר מאשר שסתום סולנואיד טיפוסי. המרחק הטיפוסי בין כגדולים של ברז חשמלי המצע היה 15 מ מ. מחקר זה הראה כי כמות הנוזל הוא מדויק לשחזור; יתר על כן, זה עמיד נגד בועות.
התמדה הריח יכול להיות מופחת באופן דרסטי בשל coatingwhen טפלון אמורפי התצוגה חוש הריח בהתבסס על atomizer ב ראה משמש21. ניתן עוד לשפר כאשר ערוץ ייעודי לספק ממיסים פני המצע ניקוי משמש.
השלב הקריטי של התקנון היא התאמה ידנית תדירות עירור atomizer ב כאשר הוא סוטה מן האחד אופטימלית. זה באופן אוטומטי לבצע בעתיד. שינוי פרוטוקול הראשונית הייתה לכלול את תהליך silanization מאז טפלון ציפוי עצמה, מבלי silanization היה אטומיזציה.
ישנן שתי בעיות הנותרות המגבילות טכניקה זו, אחד להיות הבעיה גל עומד. גל עומד נוצר כאשר ההשתקפות בקצה של המצע. מאז antinode וצומת מופיע מעת לעת, atomization הופך להיות חלש על הצומת. למרות נשתמש ג'ל סיליקון כדי לדכא את גל עומד, זה לא מספיק. חומר טוב יותר לקלוט את האנרגיה אקוסטית היא הכרחית.
המגבלה השנייה היא העמידות של ציפוי טפלון. ציפוי טפלון הוא הוסר חלקית לאחר atomizing נוזל פעמים רבות. מאז המצב הנוכחי לציפוי לא נחקרה בהרחבה, המחברים באפשרותך למטב זה כדי להרחיב את העמידות של ציפוי טפלון.
בכל זאת, המשמעות של הפרוטוקול ביחס שיטות קיימות היא הפחתת הנוזל הנותר לאחר atomization על משטח עם ציפוי בהשוואה ללא ציפוי. לפיכך, התמדתו הריח מצטמצם באופן דרסטי כפי שתואר במקומות אחרים17. שימוש במכשיר זה המסור, הפגנה של התצוגה חוש הריח בוצעה. 8-רכיב התצוגה חוש הריח להפגין קסיס, תפוז, וויסקי, תערובת שלהם הוצגו משתמש עם ראש הר להציג (איור 9)19. במצב זה, התקן ראה עם הציפוי המוצע עובד היטב כדי לדכא את הריח התמדה, אשר אחרת יכול להתדרדר במידה ניכרת את איכות המצגת הריח.
בטכניקה המתוארת כאן חשוב עבור התצוגה חוש הריח. יתר על כן, atomizer ב המסור ישימה לתת לה משאף לשימוש רפואי, יינון ספקטרומטריית electrospray עבור ספקטרומטר מסה. היעילות atomization נדרש גם ביישומים אלה.
המחברים אין לחשוף.
מחקר זה מומן בחלקו על ידי תוכנית מיראי JST, גרנט מספר JPMJMI17DD.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
SAW device | Lightom | Custom-made | |
Network analyzer | SDR-kits | DG84AQ VNWA 3E | |
Dip coater | Aiden | DC4300 | |
Silane coupling agent | Shin-etsu Chemical | KBE 903 | |
Cytop amorphous teflon coating | Asahi glass | CT107MK | |
Solvent for diluting cytop coating | Asahi glass | CT-SOLV100K | |
Solenoid valve | Lee | INKA2438510H | |
Transistor array | Texas Instrument | ULN2803A | |
RF power amplifier | Mini-Circuits | ZHL-5W-1 | |
Digital camera | Panasonic Corp | DMC-FZ300 | |
Head Mount Display | Occulus | Occulus Rift Headset | |
Hot plate | As One | HHP-170A |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved