وجه ديگري از روبوتيک، پوست مصنوعي، پوشش‌هاي الکترونيک
طبيعت هميشه دانشمندان را متعجب مي‌کند: شيشه‌اي با زمينه‌ي تارعنکبوتي، و ليزري که از پرندگان الهام گرفته شده، و پوشش شبيه پوست آن تنها مثال‌هايي از شمايل فناوري نوين هستند. حالا موهاي پينه دوز که بال‌ها را به بدنشان قفل مي‌کنند، به گروهي از پژوهگشران در کره جنوبي الهام بخشيده، تا حسگرهاي الکترونيک قابل انعطافي بسازند که وقتي به آن‌ها فشار وارد مي‌شود، خم شده و يا بپيچند و يا حتي قابل تا کردن باشند.
تصوير پينه دوز و اين صفحه آزمايشي از دانشگاه ملي سئول
از پينه دوز تا آزمايشگاه
حسگر دو لايه را با بُرُس مخصوصي همانند سازي کرده و سيخک‌هاي هر بُرُس فيبر پُليمري قابل انعطافي به طول يک ميکرون (يک ميليونُم متر)، و قطر يک دم ميليونُم متر (يک‌دهم ميکرومتر) است. براي اينکه اين فيبرها رساناهاي خوبي باشند، با لايه نازکي به ضخامت ۲۰ ميليونُم متر (۲۰ نانومتر) از عنصر پلاتيوم درست کردند. پژوهشگران در آزمايشگاه بيوميمتيک چند مقياسي دانشگاه ملي سئول درکره اين حسگر را طراحي کردند.
پينه دوزها الهام بخش اين سيخک‌ها بودند که شبيه موهاي کوچکي است که روي بدن و بال آن‌ها پيدا شد. موهاي آن‌ها وقتي بال به بدن تيکه مي‌کند، و حرکتي ندارد، قفل مي‌شوند، و نيروي الکتروستاتيکي (فان در والس) بين مولکول‌ها و بال را سرجاي خود نگه مي‌دارند. نيروي فشار رو به پايين فيبرها را به هم مي‌چسباند، و مقاومت در يک واحد، و تکراريف و به روشي قابل پيش بيني براي فشارهاي مختلف، اُفت مي‌کند.
تصوير حسگر و فشار اعمال شده روي آن. شکل از دانشگاه ملي سئول
در حقيقت، پژوهشگران دريافتند که رابطه‌اي خطي بين تغييرات نسبي در مقاومت و چگونگي دِفُرمه شدن شکل حسگر با کاهش ۲ درصدي در کشش آن، وجود دارد. وقتي نيروي قيچي گونه (گشتاوري) افزايش مي‌يابد، فيبرها شروع به خم شدن کرده و با هم زاويه مي‌سازند، و تماس بيشتري خواهند داشت(کافيست لايه بالايي به پاييني سعي کنيد برسانيد). درست مثل نيروي فشار، رابطه‌اي خطي بين تغييرات نسبي مقاومت و دِفُرمه شدن حسگر با تغيير ۴ درصدي در شکل آن وجود دارد.
نيروي گشتاوري باعث مي‌شود که فيبرها پيچيده شده و روي هم کشيده شوند. اين مسئله نتيجه‌اي از رابطه‌ي خطي تغيير نسبي در مقاومت و دِفُرمه شدن حسگر، با تغييراتي تا ۵ درصد شکل حسگر هست. اين حسگر آنقدر حساس هست که مي‌تواند ضربات قلب را اندازه گرفته، سقوط قطره آب روي يک حجم آب و حرکت پينه دوز را شناسايي کند.
تصويري که با ميکروسکوپ الکتروني از حسگر گرفته شده. پُرزهاي پُليمري در ابعاد يک هزارم ميليمتر، و قطر ده هزارم يک ميليمتر. تصوير از دانشگاه ملي سئول
براي ساختن حسگر، اين پژوهشگران پُرزهاي حسگر را روي يک صفحه‌ي قابل انعطاف از جنس پُلي‌متي‌لوکسان (PDMS) قرار دادند. دو لايه‌ي پُرز روي هم قرار مي‌گيرند. دو سيم پلاتينوم بين پُرزهاي قفل کننده ارتباط برقرار مي‌کنند که به سيگنال‌هاي الکتريکي اجازه‌ي آشکارسازي با ابزارهاي ديگر مي‌شوند. وقتي اين پديده‌ي قفل شدن اتفاق مي‌افتد، حسگرها با نيروي فان در والس آن را حس مي‌کنند و جهت‌گيري کرده و اينجاست که قفل شدن پُرزها به طور کامل اتفاق مي‌افتد. با کمترين تماس با محيط بيروني اين ابزار، مکان پُرزها تغيير مي‌کند، چون تغييراتي در مقاومت الکتريکي اتفاق افتاده است.
اين گروه پژوهشي چگونگي تغييرات مقاومت را به دليل نيروي فشار کمي (در جهت بالا و پايين)، نيروي بُرشي (قطع کردن سطح)، يا نيروي پيچشي (پيچش)، مورد تجزيه و تحليل قرار دادند. اين گروه براي تمام نيروهايي که ذکر شد، تغييرات مقاومت را اندازه گيري کردند، و توانستند نتايجشان را براي حدود ۱۰ هزار چرخه بازتوليد کنند (که نشان از درست بودن روندي که طي مي‌کنند دارد). اين تغييرات را تا زماني که به سمت برگشت روند شروع مي‌شد ادامه دادند.
هر نوع نيرويي با تغييرات واحد مشخصي، در ارتباط با نانوفيبر مجاور، و در نتيجه تغيير نسبي در اندازه گيري است. وقتي ترکيب اين نيروها را براي حسگر استفاده مي‌کنيم، مي‌توانيم اين نيروها را هم تفکيک کنيم و ببينم به چه اندازهاي اعمال شده‌اند.
آينده
دکتر پانگ پژوهشگر گروه کاپ-يانگ-سو در دانشگاه ملي سئول کره جنوبي برآن است که اين حسگرها ممکن است کاربردي در ابزارهاي لمسي چون لبتاپ‌ها، تبلت‌ها و فناوري روبوتيک و حتي پزشکي داشته باشند. شخص کاپ-يانگ-سو معتقد است که اين ابزار در حال حاضر مي‌تواند در پزشکي براي مانيتور کردن ميزان و چگونگي رسيدن دارو به بيمار و سيگنال‌هاي بيولوژيک در بدن مورد استفاده قرار گيرد.
هم اکنون اين پژوهشگران تحليلي نظري را انجام مي‌دهند تا ميزان کنترل و حساسيت را در گستره‌هاي وسيع نيروها را مطالعه کنند. شايد حتي اين کار منجر به پيشرفت در زمينه قابل پوشش بودن (مانند پوست مصنوعي) چنين سيستم‌هايي شود. و حتي خالکوبي‌هايي که جنبه‌ي پزشکي براي بيماري دارند که تحت نظر پزشک است.
منبع:
H.M. Doss