当华纳-罗宾斯空军基地的飞机维修人员要求在油箱中工作时进行更好的安全监测时，他们得到了一个配备蓝牙的柔性保形臂带，可以监测挥发性有机化合物（VOC）的浓度、氧气水平、温度和湿度。该安全装置由NextFlex公司开发，采用了一种称为柔性混合电子（FHE）的新兴技术--与空军研究实验室的材料和制造局以及第711人类性能翼合作。

"这是一种将电子器件集成到事物中的新方法，显然，领先的应用是在国防和航空航天领域，但这项技术可以迁移到任何地方。"NextFlex公司的工程总监Janos Veres说，该公司是美国制造业的创新机构，专注于FHE。

总体而言，Veres的预测得到了FHE市场分析的支持。

阿贡国家实验室的首席材料科学家Yuepeng Zhang在一次关于制造FHE材料的网络研讨会上说："在过去的五年里，全球印刷电子的市场收入迅速增长，综合年增长率为22%。按照这个速度，预计整体收入将从2019年的360亿美元增长到2030年的3600亿美元。"

除了像在华纳罗宾斯所做的那样的环境监测，FHE在航空航天和国防方面的应用还存在于生物医学评估、安全、通信、能源生成和储存、计算、供应链管理和资产维持等方面。

很容易理解为什么该基地的飞机维修团队偏爱其新的臂章而不是传统的安全监测手段。

NextFlex网站上的一篇报道说：目前监测工人在密闭空间的健康和安全的方法依赖于笨重的大气监测器和持续的视觉观察。这些方法是劳动密集型的，而且不准确，因为它们不能直接监测工人周围的大气，也不能指示工人何时处于危险境地。

就像在华纳罗宾斯一样，与传统的半导体集成电路相比，FHE的使用很受欢迎，因为它们很灵活、更小、更轻。

例如，NextFlex柔性微控制器的重量比Arduino Mini微控制器板少70%。

除了这些参数外，FHE还满足了全球对价格更低、能效更高的电子设备的需求。

尽管有这些优势，也有一些问题需要克服。

根据空军研究实验室（AFRL）2016年的一份报告，美国电子行业，特别是国防电子行业的一个关键问题是，虽然电子行业的重要研究和开发发生在国内，但电子产品的大部分制造实力却在海外，这种更强大的外国电子产品制造的趋势意味着，美国国防组织必须积极努力，确保国内供应商的可用性，并提高他们的能力，以满足对日益复杂的国防电子产品的需求。

在全球范围内，由于需要更多的材料、工艺和机床，新兴技术的增长受到了阻碍。在美国，制造业在FHE行业中处于有利地位，因为它善于创新，也因为有聪明的头脑在其中工作。

工程师们利用FHE创造了一种可穿戴设备，可以代替国防部（DoD）人员的智能卡，用于安全访问军事系统。

在混乱中增加秩序

在办公室或其他受控环境中，使用智能卡和PIN码来获得访问权不仅安全，而且该过程很容易管理。

然而，在战术情况或战斗中，情况就不是这样了。

针对这些混乱的情况，NextFlex与美国陆军作战能力发展司令部合作，制造了一种灵活的无线FHE设备，可以穿在衬衫的袖口里。该技术正处于预生产、试验阶段。

领导NextFlex项目的硬件系统工程师Sean Nachnani说："你可以想象这个项目的最终目标是创造一个嵌入袖扣或用户纺织品中的设备，一个你不会注意到的东西。它只是你衣服或制服的一部分，它没有那种重量限制。这就是FHE的魅力：它是如此之薄，它是保形的，它与你一起弯曲。你不会注意到它。"

FHE的部分制造过程是将硅芯片切成只有几十微米的厚度。

这就是我们正在做的技术令人激动的地方，因为在这一点上硅是可弯曲的，因此，我们正在使整个电路与硅一起成为潜在的可弯曲的。

国防部安全设备的电源和通信都是无线的，所以没有湿气和灰尘进入的端口。

整个设备被包裹在一种软的硅树脂中，这种树脂是通过过塑工艺实现的，它还提供了防潮、防湿和防机械冲击的保护。

NextFlex还没有完成入口保护测试。但其他以同样方式屏蔽的设备很容易被评为IP68，使用类似的可穿戴设备可以应用于进入工业环境、医院甚至家庭的安全地点。

虽然FHE对于为国防部制造更好的安全设备至关重要，但洛克希德-马丁公司正在利用它们使小型无人驾驶航空系统（SUAS），如其Condor eXtended Endurance & Payload（XEP）能够看到周围的角落。

尖端的卫星通信系统

洛克希德公司与美国空军陆战队共同开发了秃鹰XEP，用于情报、监视、侦察/搜索和救援行动。

它有一个143英寸的翼展和68英寸的机身，通信范围约为9.3英里。Condor XEP的设计是模仿较大的飞行器，成本大大降低，便于携带并可手工发射。

SUAS配备了一个摄像头和夜视仪，但洛克希德公司先进制造技术组的研究员Steve Gonya正在领导增加太阳能和实时高清视频流的工作。该团队还在升级秃鹰XEP的卫星通信（SATCOM）能力。

Gonya的共同合作者、宾汉姆顿大学工程教授兼先进微电子制造中心主任Mark Poliks说："一般来说，所有这些功能都是使用传统的电路板，但这正在做的是研究剔除刚性元件，将越来越多的电路功能单独放在柔性电路电缆上，消除那些体积更大、重量更重的结构。"

Gonya说，他们已经用FHE取代了一个 "大老鼠窝 "的线束，并为电源管理增加了新的电路板。

为了从太阳获取能量，他在SUAS的机翼上使用了灵活、高效、三结砷化镓太阳能电池板。该团队现在正在进行飞行测试。

它似乎并不影响飞机的空气动力学特性，但我们正在测量它产生多少电力在一个晴朗的好天气里，机翼上的全套太阳能电池应该产生超过100瓦的功率。

100瓦足够或接近于持续飞行所需的功率。相比之下，目前用于为Condor XEP供电的锂离子电池支持大约四小时的飞行时间。

正在测试的还有一个双频、最小输入-最小输出通信（MIMO-COMM）数据链路，用于从SUAS的相机中传输实时、高清的视频。

灵活的保形天线是由马萨诸塞大学洛厄尔分校的一个团队设计的。它看起来像一个贴在SUAS机翼底部的贴片。MIMO-COMM取代了垂直于机翼的叶片天线。

Gonya说："它基本上可以在拐角处反弹，通常情况下，这是一件坏事，但对于MIMO来说，它们可以处理这些多重输入。因此，你可以得到比视线更好一点的效果。此外，我们想要一个漂亮的、没有空隙的球形天线图案，"他说，将MIMO天线的辐射图案与全向天线的圆环形图案进行对比。全向天线的辐射模式在中间的顶部和中间的底部有信号损失。”

尚待添加到飞机上进行测试的是用于SATCOM能力的FHE，用于超视距视频上行链路。

通过与佐治亚理工学院的合作，洛克希德公司开发了一种灵活的孔径，其电子、电路、天线元件和移相器全部集成在一起，以实现真正的相控阵与波束转向。

Gonya说："电子元件与天线集成在一起，在飞机飞来飞去并试图跟踪卫星时进行波束转向。这是最前沿的东西。我们开发了一个孔径，它足够小，足够灵活，有足够的增益，我们现在可以把它与这个第一组飞机整合在一起。"

该团队仍在进行通信范围的测试。

虽然洛克希德-马丁公司的技术是最先进的，但今天在柔性、保形混合电子方面的尖端技术可能会导致明天的创新，将传感和功能与设备结合得更加紧密。