革命性的低价传感器将能取代1万美元的仪器
有意思的是，它开始于一个失败的实验。
普林斯顿大学教授Marcus Hultmark和他的实验室里的三名博士生正在水中测试他们开发的高分辨率温度传感器，并成功地用于空气中的测量。
但当时的研究生克莱顿-拜尔斯看到，该传感器提供的结果是反向的：温暖的登记为冷，反之亦然。后面团队才意识到他们在测量流体速度，但这导致了新的发现。
Marcus Hultmark坐在实验室的显微镜旁边
长期以来，流体速度被证明比温度更难测量。但他们的结果发现，他们的仪器以一种全新的方式确定流速。
于是，该团队——Hultmark、Byers、Matt Fu和Yuyang Fan，花了一年多的时间来破译被他们称为弹性丝线测速（EFV）的力学原理。他们为这项技术申请了专利，并成立了一家公司，将其开发成一种广泛使用的产品。
他们利用比人的头发细很多倍的丝带，开发出了一种高灵敏度的流量计，这种流量计价格低廉，在大规模的商业和工业应用中非常有用。
他们的传感器对小流速极为敏感，而且其简单性使得制造非常具有可扩展性和成本效益。这两个属性将允许大规模的商业和工业应用，包括化学制造、精炼和制药制造和输送。研究团队还在努力使该技术适应更多的用途，例如在剂量控制至关重要的情况下，在注射器类设备中为患者施用药物。
"这是一个基础研究项目导致意外发现的一个很好的例子，"机械和航空航天工程副教授Hultmark说。"这不是计划中的，它只是发生了。"
为了测量流量，EFV使用纳米级的丝带，超细丝，像吊桥一样横跨两个锚点。该团队最初使用的材料长300微米，宽2至3微米，厚0.1微米（因此，如果将1000条这些纳米丝带相互堆叠在一起，堆积的高度将与一缕头发相同）。当流动的液体碰到纳米带子时，它们就会拉伸，而拉伸会改变它们的电特性，从而揭示精确的流速。
Hultmark说，当研究人员意识到，由于纳米级的尺寸，纳米带"并不作为弯曲的梁，而是作为一个拉伸的带子，更像一个橡皮筋"时，灵光一现。
"这使得它在测量力的方式上有很大的不同，特别是在非常低的流速下，"Hultmark说。
普林斯顿已经申请了一系列与这项技术相关的专利。命名为Hultmark、Byers、Fan和Fu的主要专利于2020年1月在美国发布，最近在中国发布，并在欧洲和印度申请。
"获得纳米技术的专利是非常具有挑战性的，因为你不能把大规模工作的东西，只是把它变小。你不会为它获得专利，"Hultmark说。"但在这里，你有一些在更大范围内不会工作的东西。只有当你把它小型化的时候，才会出现这种现象。这就是我们在专利中利用的东西。"
此外，该技术可以在很低的流速下，用于任何流体。"你可以把它放在蜂蜜中，放在水里，放在空气中，同样的传感器在所有的传感器中都能做得非常好。"Hultmark说。"最重要的是，由于机械行为，你可以根据你的任何应用非常好地定制它。"
EFV传感器体积小、重量轻的传感元件的成本将仅为一美元的一小部分，这使得它的价格比目前价格高达1万美元的低流速技术便宜了几个数量级。
"所有这些加在一起，对于现代世界来说，这是一个非常有吸引力的传感器，你想拥有很多传感器，"Hultmark说。"我们知道这是一项很酷的技术，但当时我们不知道谁会从中受益最大，谁真正需要它。"
2018年夏天，Hultmark的团队参加了美国国家科学基金会（NSF）的I-Corps计划和凯勒工程教育创新中心的eLab夏季加速器。大学技术许可办公室的驻校高管Stephen Snyder将I-Corps计划放在了Hultmark的雷达上；他还担任了团队在eLab的导师。
美国国家科学基金会的资助和eLab项目让团队探索了EFV的产品与市场的契合度。"它允许像我们这样的人围绕研究实验室开发的技术探索商业潜力，"Hultmark说。
该团队专注于消费类产品，如家庭注射的医疗设备，以及同时测量多种液体的工业自动化过程。
该团队从普林斯顿大学获得了技术授权，2017年，他们分拆出了天道科技公司，发挥了拉丁语中"伸展"的意思。2017年博士毕业的范先生现在在天道全职工作。Byers，2018年完成博士学位，是康涅狄格州哈特福德市三一学院的工程助理教授。Fu也是2018年博士毕业，是加州理工学院航空航天领域的博士后学者研究助理。
Hultmark的快速实验室的学生们继续研究这项技术。例如，研究生Katie Wu使用EFV来研究流体中的瞬态。
在回忆这一发现的"乐趣"时，Hultmark淡化了自己的角色，他说他主要是让学生们带着自己的想法前进。"人们可以说，'不，这是错的。我们应该测量温度。回去测量温度，'"Hultmark说。"但我们却能够发现一种新的传感模式，我们所获得的知识也让我们改进了液体中温度测量的温度传感器。"
天道科技公司目前位于普林斯顿创新中心生物实验室，目前正与工业合作者合作，将EFV技术推向市场。
