Un bouchon intelligent imprimé en 3D détecte le lait suri

Un bouchon intelligent indique si le contenu d’un emballage (comme du lait) est encore propre à la consommation. Ce bouchon intelligent est en outre réalisé en impression 3D, ce qui offre de multiples avantages.

Avec des collègues de l’université nationale Chiao Tung University of Taiwan, des chercheurs de l’UC berkeley ont élaboré un protocole pour la production de microélectronique imprimée en 3D. Pour démontrer la faisabilité de cette microélectronique imprimée en 3D, ils ont mis au point un prototype : le Smart Cap, un bouchon imprimé en 3D capable de mesurer et suivre sans fil et de façon passive la qualité des denrées alimentaires liquides.

Production

Pour produire le bouchon intelligent, les chercheurs ont d’abord construit une structure polymère imprimée en 3D, dans laquelle ils sont prévus certains micro-canaux et cavités en utilisant de la cire comme matériau de soutien qu’ils ont dissoute et éliminée après impression. Dans ces évidements, ils ont injecté une pâte métallique liquide (argentique) pour former des structures électriquement conductrices. Pour terminer, cette pâte métallique a été durcie.

Principe de fonctionnement

Le prototype du bouchon intelligent, qui se visse sur une boîte de lait, comporte un circuit LC intégré faisant office de capteur sans fil passif. En retournant brièvement la boîte, une petite quantité de liquide parvient entre les deux électrodes du condensateur et agit en tant que matériau diélectrique. La fréquence de résonance du circuit LC est déterminée par la constante diélectrique de la denrée alimentaire, qui à son tour est influencée par la dégradation du produit. La valeur de cette fréquence de résonance, captée par un lecteur de fréquence radio, donne des informations sur la fraîcheur de la denrée alimentaire liquide.

Essai pratique

Les chercheurs ont démontré le bon fonctionnement du « Smart Cap » en suivant l’évolution de la fréquence de résonance en fonction du temps de conservation du lait à température ambiante (22 °C) et du lait réfrigéré (4 °C). La fréquence de résonance est restée pratiquement constante avec l’échantillon de lait réfrigéré, mais elle a baissé de 4,3 pour-cent après 36 heures de conservation à température ambiante.

Technologie abordable

La souplesse de l’impression 3D permet de produire un large éventail de composants micro-électroniques (comme des résistances, des condensateurs et des inducteurs).

La technologie abaisse le coût du développement comme celui du Smart Cap, ce qui rend l’utilisation plus abordable à grande échelle pour la sécurité alimentaire. En plus des applications dans les emballages des produits alimentaires, la combinaison de l’impression 3D et d’une pâte métallique liquide offre également des possibilités pour d’autres applications, comme le développement d’implants intelligents qui peuvent transmettre certaines informations dans le corps par l’intermédiaire de circuits électriques. À terme, les consommateurs pourraient également créer et imprimer chez eux leurs propres circuits électroniques ou des capteurs sans fil.

Dans son SMALL-Lab, Sirris dispose également du savoir-faire nécessaire pour la fabrication de petits produits à canaux internes, équipés de micro-électronique. Que les entreprises intéressées par de tels développements n’hésitent pas à prendre contact !

(Photo: Sung-Yueh Wu)