پوست الکترونیکی خودترمیمشونده!
پژوهشگران نوعی پوست الکترونیکی خودترمیمشونده ساختهاند که میتواند لمس و نزدیک شدن اجسام را تشخیص دهد، آسیبدیدگی خود را شناسایی کند و حتی در زیر آب بخشی از عملکرد خود را بازیابی کند؛ فناوریای که میتواند راه را برای رباتهای زیرآبی مقاومتر و تجهیزات هوشمند غواصی هموار کند.
فرارو- پژوهشگران با الهام از توانایی پوست انسان در احساس لمس و ترمیم آسیب، نوعی «پوست هوشمند» برای استفاده در محیطهای زیرآبی توسعه دادهاند که میتواند همزمان لمس و نزدیکی اجسام را تشخیص دهد، آسیب خود را شناسایی کند و پس از آسیبدیدگی، بخشی از عملکرد خود را بهصورت خودکار بازیابی کند.
به گزارش فرارو به نقل از نیواطلس، پژوهشگران برای نمایش قابلیتهای این فناوری، دو نمونه اولیه ساختهاند: یک دستکش هوشمند غواصی که امکان برقراری ارتباط بیسیم از طریق حرکات دست را فراهم میکند و یک بازوی رباتیک زیرآبی که میتواند سلامت ساختاری خود را پایش کرده و هنگام غوطهوری، آسیبهای ایجادشده را ترمیم کند.
محیط زیر آب یکی از دشوارترین شرایط برای تجهیزات الکترونیکی حساس است. آب میتواند از کوچکترین شکافها نفوذ کند، نمک موجب خوردگی شود و فشار آب نیز با افزایش عمق افزایش یابد. حسگرهای تماسی زیر آب همچنین در معرض برخورد مداوم با سنگها، صدفها، موجودات دریایی و سازههای زیرآبی قرار دارند.
در صورت آسیبدیدگی چنین تجهیزاتی، معمولاً لازم است وسیله از آب خارج و تعمیر شود؛ مشکلی که فناوری جدید تلاش دارد آن را کاهش دهد.
ساختار چندلایه برای تشخیص و ترمیم آسیب
این پوست الکترونیکی از چند لایه تشکیل شده است که هرکدام وظیفه مشخصی دارند. در قسمت بالایی، لایه تشخیص آسیب قرار گرفته که مانند یک سیستم هشدار عمل میکند و در زیر آن، لایه مغناطیسی-الکتریکی وظیفه تشخیص لمس و نزدیکی اجسام را بر عهده دارد.
هر دو لایه از یک ماده الاستومری نرم، کشسان و خودترمیمشونده ساخته شدهاند که درون آن الگوهایی از رساناهای فلز مایع قرار گرفته است. فلز مایع مسیر انتقال جریان الکتریکی را فراهم میکند و برخلاف سیمهای معمولی، هنگام خم شدن یا کش آمدن دچار شکستگی نمیشود.
تشخیص آسیب مانند احساس درد
فرآیند تشخیص آسیب از لایه بالایی آغاز میشود. هنگامی که این ماده سوراخ یا پاره میشود، مسیر رسانایی قطع شده و مقاومت الکتریکی افزایش مییابد.
این تغییر مقاومت بهعنوان سیگنالی برای شناسایی آسیب عمل میکند و سیستم میتواند بین یک تماس عادی و صدمه واقعی تفاوت قائل شود. جداسازی لایه تشخیص آسیب از حسگر معمولی نیز به این تفکیک کمک میکند.
ترمیم خودکار بدون دخالت انسان
پس از آسیبدیدگی، الاستومر میتواند فرآیند بازسازی خود را آغاز کند. این قابلیت به ساختار شیمیایی ماده و وجود پیوندهای برگشتپذیر در شبکه مولکولی آن مربوط است.
این پیوندها هنگام آسیب از هم گسسته میشوند و زمانی که دو سطح آسیبدیده دوباره در کنار یکدیگر قرار گیرند، امکان اتصال مجدد آنها فراهم میشود.
در آزمایشها، سوراخهای کوچک توانستند طی چند ثانیه بخشی از عملکرد الکتریکی اولیه خود را بازیابی کنند. در مورد بریدگیهای بزرگتر، لازم بود دو سطح آسیبدیده برای مدت کوتاهی به یکدیگر فشرده شوند تا فرآیند ترمیم آغاز شود.
این الاستومر در آزمایشها تا ۹۲ درصد بازیابی کشسانی نشان داد. همچنین میزان ترمیم آن در شرایط مختلف متفاوت بود و پژوهشگران گزارش کردند که این ماده در محیط زیر آب حتی عملکرد ترمیمی قابل توجهی از خود نشان داده است.
حس کردن اجسام پیش از تماس
در بخش حسگر، یک آهنربای کوچک در کنار یک سیمپیچ ساختهشده از فلز مایع قرار گرفته است. فشار روی سطح یا نزدیک شدن یک جسم، موقعیت آهنربا نسبت به سیمپیچ را تغییر میدهد.
این تغییر میدان مغناطیسی باعث ایجاد ولتاژ در رسانا میشود؛ اصلی که مشابه سازوکار مورد استفاده در ژنراتورهای الکتریکی است.
در حالت تشخیص لمس، فشار باعث جابهجایی آهنربا میشود. در حالت تشخیص نزدیکی نیز حرکت نسبی آهنربا و سیمپیچ میتواند حتی پیش از تماس فیزیکی، سیگنال ایجاد کند.
این قابلیت برای رباتهای نرم اهمیت زیادی دارد؛ زیرا ربات میتواند پیش از برخورد با یک جسم، نزدیک شدن آن را تشخیص دهد و حرکت خود را تنظیم کند.
از دستکش غواصی تا رباتهای زیرآبی
پژوهشگران برای نمایش کاربرد عملی فناوری، یک دستکش هوشمند غواصی نیز ساختند. این دستکش میتواند حرکات دست را تشخیص داده و امکان انتقال پیامهای ساده را بدون صحبت کردن یا نوشتن زیر آب فراهم کند. همچنین چراغهای LED قرمز هنگام شناسایی آسیب جدی روشن میشوند.
این فناوری میتواند در رباتهای بازرسی زیرآبی نیز کاربرد داشته باشد. برای نمونه، یک ربات میتواند روی یک خط لوله حرکت کند، موانع اطراف خود را تشخیص دهد، آسیب واردشده به پوسته خود را شناسایی کند و بدون نیاز به بازگشت فوری به سطح، فرآیند ترمیم حسگر آسیبدیده را آغاز کند.
با این حال، فناوری مذکور هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد. آزمایشها قابلیت حس کردن و ترمیم آسیب را نشان دادهاند، اما هنوز تا ساخت پوستی که بتواند سالها در اعماق دریا فعالیت کند فاصله وجود دارد.
بریدگیهای بزرگ همچنان ممکن است به نزدیک کردن سطوح آسیبدیده نیاز داشته باشند و ترمیم کامل آنها نیز میتواند چند روز طول بکشد. علاوه بر این، سایر قطعات الکترونیکی و سامانههای جانبی نیز باید توانایی تحمل شرایط سخت محیط زیر آب را داشته باشند.
