Her opretter vi en metode til påføring overfladen af en overflade akustiske bølge (SAW) enhed med amorfe Teflon film at effektivisere forstøvning kræves for anvendelse til en olfaktoriske display.
Da lugtesansen er en vigtig fornuft i menneskelige grænseflader, har vi udviklet en olfaktoriske skærmen ved hjælp af en overflade akustiske bølge (SAW) forstøver og mikro-dispensere. I denne olfaktoriske display er effektiviteten af forstøvning vigtigt for at undgå lugt persistens problemer ofte stødt på i menneskelige olfaktoriske grænseflader. Således, så enheden er belagt med amorfe Teflon film at ændre substrat karakter fra hydrofile til hydrofobe. Det er også nødvendigt at silanize piezoelektriske substrat overfladen før Teflon belægning til at forbedre vedhæftning af filmen. En dukkert belægning metode blev vedtaget for at opnå ensartet belægning på underlaget. High-speed magnetventil blev brugt som mikro-dispenser til tud en flydende droplet SAW anordning flade, da dens nøjagtighed og reproducerbarhed var høj. Derefter, forstøvning blev lettere på den hydrofobe substrat. I denne undersøgelse, den amorfe Teflon belægning for at minimere den resterende væske på bærematerialet efter forstøvning blev undersøgt. Målet med protokollen beskrevet her er at vise metoder til belægning en SAW enhed overflade med amorfe Teflon film og generere lugten bruger SAVEN forstøver og en mikro-dispenser, efterfulgt af en sensorisk test.
Selvom enheder for stimulerende visuelle og auditive sanser er populære, kan ikke vi præsentere alle fornemmelser, som vi opfatter; Vi kan dog normalt præsentere en sensation bruger kun disse to sanser. En olfaktoriske display er en gadget, der kan præsentere en duft, og det bruges i virtuel virkelighed, således at brugeren kan opfatte dufte1,2,3,4,5,6, 7. Da lugtesansen bidrager stærkt til følelser, er en olfaktoriske stimulus uundværligt for at styrke virkelighed. Vi har tidligere studeret film, animationer og spil med dufte8,9.
Flere forskere har studeret olfaktoriske skærme; for eksempel, har Yanagida studeret en duft-projektor, der leverer en duft til en bestemt person, selv når ingen omkring ham eller hende opfatter det1. Yamada et al. har undersøgt en lugt kilde lokalisering i virtuelle rum ved hjælp af en simpel normalfordelingsmetoden model af lugt koncentration2. Kim et al. har foreslået begrebet to-dimensionelle arrays af lugt-releasing enheder 3. Desuden har enkel wearable olfaktoriske skærme og ultralyd phased array til at styre retningen af disse dufte været foreslåede4,5,6.
Et af problemerne i olfaktoriske display er lugten persistens. En bruger kan afsløre lugten, selv efter det er beregnet til at blive ændret til luften eller en anden duft. Da det er at foretrække at skifte mellem dufte så hurtigt som muligt i virtual reality, bør lugt persistens problem undersøges.
Vi har studeret den olfaktoriske display med en funktion af blanding mange ingredienser. Vi har tidligere udviklet dette system ved hjælp af magnetventiler med højhastighedstog skifte10. Selv om det stabilt blander mange ingredienser, kunne vi ikke løse problemet med lugt persistens endnu. Således har vi siden udviklet olfaktoriske displayet ved hjælp af mikro-standere samt en SAW forstøver11. Selvom lignende teknikker har været brugt til at manipulere flydende dråber12,13,14, anvendte vi den til duft generation. SÅ enheden er velegnet til forstøvning flydende dråber, da det kan forstøve flydende dråber øjeblikkeligt15,16; Vi har dog konstateret, at små flydende slipværktøjer bo på en piezoelektriske substrat efter forstøvning. Disse små flydende slipværktøjer forårsage lugt persistens, selv om de fleste af væsken er forstøvede.
Typisk, en parfume er opløst i et opløsningsmiddel som ethanol at nedsætte viskositet. Men fortyndet parfume breder sig på overfladen af en piezoelektriske substrat på grund af dens hydrofile karakter, og forstøvning effektivitet forringes når tyndfilm spreder. Således, en del af de flydende forbliver selv efter forstøvning, som ikke kan fjernes, selvom RF power øger. Opløsningsmidlet fordamper hurtigt efter, kun parfume er derfor stadig på og klæber til underlaget.
I denne undersøgelse coat vi overfladen af piezoelektriske substrat med tynd amorfe Teflon film så det bliver hydrofobe i naturen. Da vi kan holde det droplet-lignende område på den hydrofobe overflade, sænker energi, der kræves for afmontering væske fra substrat overflade. Det forventes, at en forstøvning effektivitet forbedres, når overfladen af SAW device hydrofob. Det overordnede mål med denne metode er at effektivisere forstøvning, således at en duft præsenteres umiddelbart og kan hurtigt forsvinde efter sin præsentation, i sidste ende for ansøgning til olfaktoriske vise. I dette papir, vi viser, hvordan en SAW enhed er belagt med amorfe Teflon film og demonstrere forbedring af forstøvning effektivitet og dens eksperimentelle resultater blev beskrevet i reference17.
En af nøglekomponenterne i denne undersøgelse er mikro-dispenser lavet af en højhastigheds magnetventil ventil18,19. Figur 8a viser princippet i denne mikro-dispenser. Stemplet var drevet af en elektromagnetisk spole. Dens outlet er helt lukket af stemplet i OFF fase. Stemplet hurtigt bevæger sig at trække væske i front i løbet af en kort på fase, så det bevæger sig tilbage til den oprindelige placering og jets en lille flydende droplet fra en blænde af magnetventil, som er drevet af det kredsløb, der er vist i fig. 8b. Mængden af en flydende droplet er et par nanoliters. Hyppigheden af ventilen er mellem 1 og 1000 Hz, dens minimum pulse bredde er 0,5 ms, og det virker meget hurtigere end en typisk magnetventil. Den typiske afstand mellem blænde af en magnetventil og substratet var 15 mm. Denne undersøgelse viste, at mængden væske er nøjagtige og reproducerbare; Desuden er det robust mod bobler.
Lugt vedholdenhed kan reduceres drastisk på grund af amorf Teflon coatingwhen en olfaktoriske skærm baseret på en SAW forstøver bruges21. Det kan blive yderligere forbedret, når bruges en kanal dedikeret til at levere opløsningsmidler til substrat overfladen for rengøring.
Den kritiske trin i protokollen er manuelt justere excitation hyppigheden af forstøver, når det afviger fra den optimale. Dette burde automatisk udføres i fremtiden. En ændring fra den oprindelige protokol skulle omfatte silanisering proces siden Teflon belægning selv uden silanisering var forstøvede.
Der er to resterende problemer, der begrænser denne teknik, man bliver stående bølge problem. Stående bølge genereres, når refleksion opstår på kanten af underlaget. Da antinode og node vises med jævne mellemrum, bliver forstøvning svag på noden. Selv om vi bruger en silikonegel til at undertrykke den stående bølge, er det ikke tilstrækkeligt. Et bedre materiale til at absorbere den akustiske energi er nødvendig.
Den anden begrænsning er holdbarheden af Teflon belægning. Teflon belægning er delvist fjernet efter forstøvning en væske mange gange. Da den aktuelle tilstand for belægning ikke er blevet undersøgt udførligt, kan forfatterne optimere den for at forlænge holdbarheden af Teflon belægning.
Betydningen af protokollen med hensyn til eksisterende metoder er dog reduktion af resterende væske efter forstøvning på en overflade med belægning i forhold til uden belægning. Således lugt persistens reduceres drastisk som det er beskrevet andetsteds17. Bruger denne sav enhed, blev demonstration af olfaktoriske displayet udført. Den otte-komponent olfaktoriske display viser cassis, orange, whisky, og deres blanding blev præsenteret for en bruger med hovedet montere vises (figur 9)19. I denne situation en SAW enhed med den foreslåede belægning fungerer godt til at undertrykke lugt persistens, som ellers kan væsentligt forringes kvaliteten af duft præsentation.
Den teknik beskrevet her er vigtigt for olfaktoriske display. Derudover kan så forstøver anvendes til en forstøver til medicinsk brug og electrospray Ionisation for massespektrometri. Forstøvning effektivitet kræves også i disse programmer.
The authors have nothing to disclose.
Denne undersøgelse var delvist understøttet af JST Mirai program, tilskud antallet JPMJMI17DD.
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 |