美国宇航局的一位技术专家正在将小型化发挥到极致。

Mahmooda Sultana赢得了资金，以推进一个潜在的革命性的、基于纳米材料的探测器平台。该技术能够感知从微小浓度的气体和蒸汽，大气压力和温度，然后通过无线天线传输数据，所有这些都来自同一个2 × 3英寸大小的独立平台。

在200万美元的技术开发奖下，Sultana和她在NASA的团队戈达德太空飞行中心该公司将在未来两年推进自主多功能传感器平台。如果成功，这项技术将有利于美国宇航局的主要科学学科和将人类送上太空的努力月球和火星．例如，这些微型平台可以部署在行星探测器上，以探测少量的水和甲烷，或者用作监测或生物传感器，以维持宇航员的健康和安全。

这项工作的核心是由美国宇航局空间技术任务理事会(STMD早期职业计划(ECI)是波士顿东北大学艾哈迈德·布斯尼娜(Ahmed Busnina)和他的团队开发的3D打印系统。3D打印系统就像用来印制钞票或报纸的打印机。然而，打印机不是使用墨水，而是将纳米材料一层一层地应用到基板上，从而制造出微型传感器。最终，每一个都能够检测不同的气体、压力水平或温度。

纳米材料，如碳纳米管、石墨烯、二硫化钼等，表现出有趣的物理性质。它们在极端条件下高度敏感和稳定。Sultana说，它们重量轻，抗辐射性能强，耗电量少，是太空应用的理想选择。

在她与东北大学的合作下，Sultana和她的团队将设计传感器平台，确定哪种材料组合最适合测量水、氨、甲烷和氢的浓度，这些都是在太阳系中寻找生命的重要因素。利用她的设计，东北大学将使用其纳米胶印系统来应用纳米材料。一旦打印出来，Sultana的团队将通过沉积额外的纳米颗粒层来增强单个传感器的灵敏度，将传感器与读出电子设备集成，并包装整个平台。

这种方法与目前技术人员制造多功能传感器平台的方法有很大不同。3D打印技术允许技术人员在一个平台上打印一套传感器，大大简化了集成和包装过程，而不是一次构建一个传感器，然后将其集成到其他组件中。

Sultana还计划在同一硅片上打印无线通信系统的部分电路，该系统将与地面控制器通信，进一步简化仪器的设计和构造。一旦打印出来，传感器和无线天线将被封装到印刷电路板上，电路板上装有电子设备、电源和其余的通信电路。

“我们的概念的美妙之处在于，我们能够在相同的衬底上打印所有传感器和部分电路，这些衬底可以是刚性的或柔性的。我们消除了很多包装和集成的挑战，”Sultana说。“这是一个真正的多功能传感器平台。我所有的传感器都在同一个芯片上，一层一层地打印出来。”

广泛的使用

这项研究从nasa资助的其他研究结束的地方开始。在戈达德的内部研究和发展计划和STMD的资助下中心创新基金，Sultana和她的团队使用相同的技术制造并演示了由碳纳米管和二硫化钼以及其他材料制成的单个传感器。“这些传感器被发现非常敏感，可以低到百万分之一。在ECI的资助下，我们正在通过改进传感器设计和结构，将仪器的灵敏度提高到十亿分之一。”

根据她的说法，该项目满足了NASA对低功耗、小体积、轻量和高灵敏度传感器的需求，这些传感器可以区分重要分子，而不是通过测量分子碎片的质量，这是目前许多任务使用质谱仪检测分子的方式。

事实上，该机构已经承认，未来的传感器需要检测到十亿分之一浓度的气体和蒸汽。尽管质谱仪可以探测到广泛的分子光谱——对未知样品尤其有用——但它们很难区分一些重要的物种，如水、甲烷和氨。她说:“也很难达到十亿分之一或更高的水平。”

“我们对这项技术的可能性感到非常兴奋，”Sultana说。“有了我们的资金，我们可以将这项技术提升到一个新的水平，并有可能为NASA提供一种新的方式来创建定制的多功能传感器平台，我相信这可以为所有类型的任务概念和用途打开大门。我们用来识别行星体上气体的方法也可以用来制造生物传感器，监测宇航员的健康状况以及航天器和生活区内的污染物水平。”

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