Użycie tanich technik drukowania do stworzenia technologii bezprzewodowych czujników w produktach papierowych – dzięki projektowi finansowanemu przez Unię Europejską – umożliwi już wkrótce opracowanie szeregu nowatorskich zastosowań w wielu dziedzinach, od logistyki po inteligentne opakowania.
Ostatnie postępy na polu nanotechnologii, biotechnologii, technologii informacyjno-technologicznych oraz sensorycznych umożliwiają wkomponowanie informacji – zdolnych do interakcji z użytkownikiem – w produkty z papieru. W przyszłości elektroniczne czujniki w kartonie na mleko będą mogły wysyłać wiadomości tekstowe na telefon komórkowy konsumenta, by ostrzec go, że produkt nie nadaje się już do spożycia. Świecąca dioda OLED na dostarczonym do odbiorcy opakowaniu wskaże, że przesyłka wrażliwa na temperaturę była przewożona w niewłaściwych – zbyt ciepłych lub zimnych – warunkach. Elektroniczne opakowania będą zapobiegać fałszerstwom, a użytkownikom leków pozwolą zweryfikować autentyczność farmaceutyków. Ochrona marki będzie zapewniana przez elektroniczne hasła „zaszyte” w opakowaniu. Nadawca przesyłki będzie otrzymywał e-mail wysłany automatycznie po jej dotarciu na miejsce z informacją, że została otworzona przez właściwego adresata we właściwej lokalizacji.
Coś, co jeszcze w ubiegłym wieku mogło brzmieć jak rojenia fantastów, dzisiaj zaczyna stawać się rzeczywistością. W tym konkretnym przypadku zawdzięczamy to programom badawczym takim jak ROPAS (ROll-to-roll PAper Sensors), którego celem jest stworzenie bezprzewodowych sensorów umieszczanych na powierzchni papieru i wytwarzanych z wykorzystaniem zaawansowanych, ale jednocześnie tanich technik drukarskich.
ROPAS rozwija platformę technologiczną, zdefiniowaną jako zestaw komponentów funkcjonalnych, które są elektronicznie połączone i zintegrowane na podłożu celulozowym z użyciem technik druku. Na rzeczoną platformę składają się obwody elektroniczne, których sensory, baterie oraz komunikatory zostały połączone z papierem w procesie drukowania. Technologie, które są obecnie opracowywane, funkcjonują jako swoista płaszczyzna do tworzenia czujników zdolnych do monitorowania fizycznych zmian otoczenia, takich jak temperatura, wilgotność itd. w danym czasie, i informowaniu o tych obserwacjach nadawcy i odbiorcy za pośrednictwem wizualnych znaków oraz komunikacji bezprzewodowej.
Projekt ROPAS, zapoczątkowany w 2011 r., pozwolił opracować opłacalne metody produkcji opakowań i etykiet z czujnikami. Aby tego dokonać, uczestnicy projektu wbudowali technologię czujników za pomocą taniego i wysokowydajnego drukowania typu roll-to-roll (R2R) i sheet-to-sheet (S2S). W ramach projektu powstała platforma technologiczna, która integruje drukowane moduły konstrukcyjne składające się z papierowego podłoża, torów przewodzących, anteny, baterii i włączników czujników.
Praktyczne możliwości technologii ROPAS zostały przetestowane w trzech zastosowaniach. Pierwszy to etykieta zabezpieczająca, która pozwala stwierdzić, czy opakowanie było otwierane. Drugim jest inteligentna etykieta umożliwiająca klientom prostą weryfikację informacji zakodowanych za pomocą identyfikacji częstotliwości radiowej, co pozwala na lepszą od standardowej ochronę marki. Wyposażono ją dodatkowo w czujnik temperatury i wilgotności, monitorujący historię opakowania. Trzecim zastosowaniem jest inteligentna koperta, która udostępnia usługi śledzenia i prywatnych dostaw z zachowaniem wysokiego poziomu bezpieczeństwa, podobnego jak w przypadku przesyłek rejestrowanych, przy niskich kosztach.
W ramach projektu zespół zoptymalizował techniczne moduły konstrukcyjne i ukończył funkcjonalne prototypy wszystkich trzech przykładowych zastosowań. Obiecującym rozwiązaniem, nad którym pracowali badacze, było wytwarzanie baterii na bazie rodnika organicznego (ORB). Ponieważ technologia związana z tym zastosowaniem jest dość nowa, zespół złożył wniosek patentowy dla metody syntezy elektrolitu ORB.
Dodatkowo testy obejmujące metody R2R i S2S pozwoliły na rozpoczęcie masowej produkcji przykładowych zastosowań demonstracyjnych. Naukowcy udoskonalili procesy wydruku, wykorzystując technikę spiekania błyskawicznego do utwardzenia z wysoką prędkością przewodzącej farby drukarskiej na papierze, i przystąpili do umiejscawiania komponentów. Złożono wniosek o objęcie ochroną patentową technologii koperty inteligentnej, która ma duży potencjał rynkowy.
Europejski przemysł papierniczy potrzebuje innowacyjnych i opłacalnych sposobów na nadanie swoim produktom wartości dodanej, by zachować konkurencyjność. W projekcie ROPAS powstały moduły konstrukcyjne do wielofunkcyjnych produktów nowej generacji na bazie włókien, które trafią na rynek wart wiele miliardów euro, obejmujący sektory żywności, opakowań, medycyny i logistyki.
Opracowano na podstawie ROPAS i studentnews.pl
