杜克大學(xué)的電氣與計算器工程系副教授Aaron Franklin指出，用于當(dāng)前汽車中的所有技術(shù)和傳感器，幾乎沒有任何數(shù)據(jù)是從汽車實際與道路接觸中而收集的，而新開發(fā)的輪胎胎面?zhèn)鞲衅鲃t是高端技術(shù)與簡單解決方案的新結(jié)合。
該技術(shù)主要依賴電磁場與金屬導(dǎo)體的相互作用。傳感器的核心是通過放置兩個彼此非常接近的小導(dǎo)電電極而形成。通過將振蕩電壓施加到其中一個并使另一個接地，便能在電極之間形成電場。
圖：在柔性表面上的印刷碳納米管。輪胎胎面?zhèn)鞲衅鞯脑臀挥谥虚g，其二側(cè)分別是杜克大學(xué)和Fetch集團的標(biāo)志。(圖片來源：杜克大學(xué))
雖然大部分電場直接通過兩個電極之間，但它們之間有一些場弧。當(dāng)材料放置在電極頂部時，它會干擾所謂的“邊緣場”。通過接地電極的電響應(yīng)來測量這種干擾，可以確定覆蓋傳感器的材料的厚度。
雖然這種設(shè)置可以檢測到的材料厚度有限，但是足以涵蓋當(dāng)今輪胎的幾毫米胎面。而亞毫米分辨率也能實時提醒駕駛何時需要購買新輪胎;或是通過連接網(wǎng)格中的多個傳感器來覆蓋輪胎寬度，以提供關(guān)于不均勻和具危險性的輪胎磨損信息。
測試表明，嵌入在輪胎內(nèi)的金屬網(wǎng)不會破壞新傳感器的操作。
圖：傳感器被放置在輪胎的內(nèi)側(cè)，輪胎壁和胎面干擾兩個電極之間的電場。這種干擾可用毫米精度測量橡膠厚度。(圖片來源：杜克大學(xué))
這個方法看似簡單，但“當(dāng)我們向業(yè)內(nèi)專家介紹這個想法時，他們會互相說：為什么我們以前沒有嘗試過?”Franklin說。
研究人員還在探索如何通過傳感器尺寸、結(jié)構(gòu)、基底和墨水材料等不同變量來優(yōu)化新傳感器的性能。截至目前，通過在柔性聚酰亞胺膜上印刷由金屬碳納米管制成的電極可獲得最佳結(jié)果。除了提供最好的結(jié)果之外，金屬碳納米管的耐用性足以在輪胎內(nèi)的惡劣環(huán)境中生存。
大多數(shù)傳感器可以使用氣溶膠噴墨打印機打印，即使在輪胎本身的內(nèi)部亦然。雖然目前還不確定直接印刷將是最好的制造方法，但無論采用何種方法，F(xiàn)ranklin稱一旦量產(chǎn)，傳感器的成本將低于一分錢。另外，F(xiàn)ranklin和研究人員也希望能將印刷傳感器的應(yīng)用拓展到其他的汽車應(yīng)用，如維持剎車片厚度或輪胎內(nèi)的氣壓等。
研究人員已經(jīng)提出兩項專利，正在等待審查。
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