Поверхностные пленки и нити. Сенсоры в виде поверхностного покрытия известны уже достаточно давно.
Например, покрытия, изменяющие цвет под действием внешнего воздействия. Обычно такие покрытия и аналогичные им ткани не позволяют получить точной количественной информации. Однако часто требуется лишь качественная информация о достижении контролируемым параметром порогового значения, а в некоторых случаях соответствующий анализ качественных характеристик может дать количественный результат. В инженерном смысле пленки и нити являются плохими датчиками, но именно так биологические системы получают всю информацию, кроме визуальной и акустической.
Возможно, самый известный пример таких систем - это трикотажная рубашка, которая становится красной, когда ее температура приближается к температуре тела. Этот случай стал объектом многих, не всегда вежливых, комментариев. В технических изделиях специальные краски и покрытия используют для обнаружения места поверхностного воздействия ("синяков") и выявления достижения некоторого порога температуры. Большинство так называемых интеллектуальных красок используют химические реакции в полимерах, в результате которых появляются пигменты, изменяющие цвет поверхности после теплового или механического воздействия.
Углеродные волокна изменяют сопротивление под действием деформации, что характерно для пьезорезисторов. Это свойство используют для контроля уровня деформации в углепластиках. Использование волокон для контроля уровня напряжения имеет очевидные преимущества несмотря на то, что их нельзя назвать "хорошими" инженерными датчиками в связи с разбросом характеристик.
Тем не менее они дают очень полезную качественную информацию, анализ которой характеризует состояние структуры. Резистивные полимерные нити дают аналогичную информацию о состоянии гибких и жестких конструкций. Полимерные нити вводят в ткани и с помощью множества электродов на концах волокон получают сенсорную систему, которую можно приклеивать к структурам любой формы. Чувствительные полимерные волокна можно вводить и в волокнистые композиты типа углепластиков.
Однако в этом случае температура отверждения полимерной матрицы должна быть не слишком высокой, чтобы не испортилось чувствительное полимерное волокно. Диапазон применения сенсорных волокон и покрытий огромен. В перспективе они будут использоваться в медицине. Например, при медицинском осмотре вместо системы накладываемых электродов можно одевать интеллектуальный трикотажный костюм или повязку. Аналогично, для лечения поврежденного сустава или конечности в интеллектуальный протез может быть встроена система преобразователей.
Это направление исследований имеет большой потенциал (рис.2. 19 и 2. 20).