کد خبر: ۱۳۲۹۲
تاریخ انتشار: ۰۴ خرداد ۱۳۹۸ - ۱۱:۵۶

پوست الکترونیک با قابلیت لمس و جهت یابی

پوست انسان حاوی سلول‌های عصبی بسیار حساس که قادر است فشار، دما و دیگر احساسات را که درتعامل لمسی با محیط احساس می‌کنیم، تشخیص دهد. دانشمندان به منظور کمک به دستگاه‌های روباتیک و پروتزی به‌نحوی که قادر به کسب همین توانایی‌ها، مشابه دست انسان شوند، در تلاشند تا پوست‌های الکترونیکی را توسعه دهند. درحال حاضر مجله (ACS Applied Materials & Interfaces) به نقل از محققان خبر از روش تازه‌ای داده است که می‌تواند پوست الکترونیکی فوق نازک و به‌شدت قابل انعطافی را ایجاد کند. این پوست الکترونیکی در زمینه طیف وسیعی از تعامل انسان و ماشین کاربرد دارد. از این پوست الکترونیک می‌توان در بسیاری برنامه‌های کاربردی، از جمله پروتز، دستگاه‌های مانیتور سلامت بدن قابل اتصال به بدن، روباتیک و نیز واقعیت مجازی استفاده کرد. با این حال مهم‌ترین چالش دراین زمینه انتقال مدارهای الکتریکی فوق‌العاده روی سطوح پیچیده (3D) است و سپس بهره‌گیری از انرژی الکتریکی که به قدر کافی قابل‌انعطاف و قابل کش آمدن باشد تا امکان حرکت را هم داشته باشد. بعضی دانشمندان برای این منظور«تاتوهای الکترونیکی» قابل انعطافی تولید کرده‌اند اما این تولیدات معمولا کند و بسیار گران است. همچنین نیاز به روش‌های موسوم به «اتاق تمیز» دارد که معمولا در کارهای فوتولیتوگرافی استفاده می‌شود.
اتاق تمیز
ساخت اتاق تمیز به‌طور معمول در تولید یا تحقیق علمی مورد استفاده قرار می‌گیرد، اتاق تمیز محیط کنترل شده‌ای است که سطح پایین آلاينده‌ها مانند گردوغبار، ميکرو هوايی، ذرات معلق و بخارات شیمیایی دارد. به‌طور دقیق، یک اتاق تمیز دارای سطح کنترل شده‌ای ازآلودگی است که براساس محاسبه تعداد ذرات ، در هر متر مکعب با توجه به اندازه ذرات، مشخص می‌شود.  به‌طورمثال هوای محیط خارج در فضای معمولی شهر دارای 35میلیون ذره در هر متر مکعب و اندازه هرذره 5/0میکرون که از نظر قطر بزرگ‌تر است. طبق استانداردهای ISO 9 این میزان،  پایین‌ترین سطح استانداردهای Clean room محسوب می‌شود.
اتاق تمیز به جهت مصارف گوناگون مانند اتاق عمل بیمارستان‌ها، صنایع تولید لوح فشرده، استمپر ( CD – DVD) و… مورد نیاز است. همچنین در بعضی صنایع از جمله لیتوگرافی نوری یا طرح نگاری نوری (Photolithography) کاربرد دارد. لیتوگرافی یا طرح نگاری نوری فرآیندی است که بسیار شبیه به مهرسازی با نور فرابنفش است و در صنعت ساخت ادوات الکترونیک نقش مهمی بازی می‌کند. بسته به منابع مختلف انرژی، انواع مختلف طرح‌نگاری ایجاد شده‌است که از جمله می‌توان به فوتون فرابنفش، اشعه ایکس، الکترون اشاره کرد. علت اصلی استفاده از طول موج‌های کوتاه، رسیدن به ظرافت بیشتر در ساخت ادوات الکترونیک است.
دو محقق ایرانی درتلاش برای توسعه e-skin
«ساینس دیلی» در این زمینه از دو محقق ایرانی نام برده است که دراین پرروژه درصدد توسعه روشی ساده و ارزان در این زمینه هستند. طبق همین گزارش، محمود توکلی، کارمل مجیدی و همکاران‌شان درجریان اجرای این پروژه پوست الکترونیک، تلاش دارند تا با توسعه روشی ساده، سریع و ارزان، مدارهای نازک با میکروالکترونیک یکپارچه‌ای را تولید کنند.
این محققان در رویکرد جدید پژوهشی خود، الگوی مدار را با یک پرینتر لیزری معمولی روی یک ورق کاغذ خالکوبیِ  برچسبی چاپ کردند. سپس آن را با خمیر نقره که تنها به جوهر تونر چاپ شده می‌چسبد، پوشش دادند. سپس روی خمیر نقره، آلیاژ فلزی گالیوم-ایندیوم را نشاندند که رسانایی الکتریکی و انعطاف‌پذیری مدار را افزایش داد. درنهایت، آن‌ها الکترونیک خارجی، مانند میکروچیپ‌ها، را با یک «چسب» رسانا به آن اضافه کردند.
این چسب رسانا از ذرات مغناطیسی (که به‌صورت عمودی خطی شده‌اند) که در نوعی ژل الکلی به نام «پلی‌وینیل» جاسازی شده‌‌اند، ساخته شده‌است. محققان، تاتو یا خالکوبی الکترونیکی را مانند برچسب به اشیای مختلف چسباندند و چندین کاربرد از روش جدید را به نمایش گذاشتند. از جمله این کاربردها می‌توان به کنترل یک بازوی مصنوعی روباتیک، نظارت بر فعالیت ماهیچه اسکلتی و ترکیب حسگرهای مجاورتی با یک مدل سه‌بعدی از یک دست، اشاره کرد.
ساخت پوست الکترونیک برای جهت‌یابی 
پروژه پوست الکترونیک (e-skin) سال‌هاست که در مراکز تحقیقاتی گوناگون دراروپا و آمریکا با اهداف گوناگون در دست تحقیق و پژوهش است و تاکنون موفقیت‌های زیادی دراین زمینه به‌دست آمده است. 
در تحقیقی دیگر که آبان‌ماه امسال 2018 در مرکز پژوهشی«هلم هولتز-زنتروم»  واقع در درسدن آلمان انجام شد، محققان یک پوست الکترونیکی با قابلیت‌های حساسیت به مغناطیس ایجاد کردند که می‌تواند به انسان برای تشخیص و دیجیتالی کردن حرکت بدن در جهت میدان مغناطیسی زمین کمک کند.
این پوست الکترونیکی بسیار نازک، نرم و قابل‌انعطاف است به‌طوری که می‌تواند به آسانی روی پوست انسان نصب شود و به‌عنوان یک آنالوگ بایونیک (سنجشگر وابسته به اعضای مصنوعی الکترونیک دربدن) در جهت‌گیری به کارگرفته شود. این ابزار نه‌تنها برای افرادی که با مشکل اختلال در جهت‌گیری مفید است بلکه می‌تواند تعامل با اشیا  را در فضای مجازی یا واقعیت افزوده، تسهیل کند.
درواقع این پوست الکترونیکی می‌تواند به انسان کمک کند همانند پرندگان که توانای تشخیص میدان مغناطیسی زمین را دارند، از این مزیت نیز استفاده کنند. این مزیتی است که تاکنون بشر تا این حد نتوانسته بود تا این حد آن را دسترس پذیر کند.
پروژه پوست الکترونیک مصنوعی، دردیگردانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی در آمریکا نیز در دست پژوهش و توسعه است. در تحقیقاتی که در دانشگاه استنفورد صورت گرفت، پوست الکترونیک ایجاد شده، پوست قادرشد  بعضی فشارهای جزیی (در حد نشستن یک مگس) را حس کند. در تحقیقات بعدی ویرایش جدیدتری از این پوست عرضه شد که می‌توانست با سنسورهایش بعضی انواع مولکول دی‌ان‌ای را تشخیص دهد. در مرحله بعدی از این تحقیقات، نوع خاصی از سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر را ابداع شد که می‌توانند انرژی پوست مصنوعی را تامین کنند.
در تحقیقات دیگری محققان توانستند سنسورهایی برای حس فشار و خم‌شدگی روی این پوست نصب کنند. به‌طوری که این پوست بتواند لمس دست را حس کند یا اگر مثلا در پوست یک مفصل مصنوعی به کار برود، می‌تواند اطلاعاتی در زمینه میزان و زاویه خمش مفصل را ثبت کرده و نمایش دهد.


نظرات بینندگان