ابداع سنسور های نرم و استرچ پارچه ایی

تکنولوژی های پوشیدنی – از مانیتورینگ ضربان قلب گرفته تا هدست واقعیت مجازی – در فضای مصرفی و تحقیقاتی محبوبیت زیادی دارند، اما اکثر سنسورهای الکترونیکی که اطلاعات را از “پوشیدنی ها”شناسایی و انتقال می دهند از مواد سخت و غیر انعطاف پذیر ساخته شده است که می تواند هم کاربر را درحرکات طبیعی و هم صحت اطلاعات جمع آوری شده رامحدود کند .
در حال حاضر تیمی از محققان موسسه Wyss ؛ مهندسی زیست شناسی و دانشکده علوم مهندسی و کاربردی دانشگاه هاروارد جان ا. پالسون (SEAS) یک سنسور خازنی بسیار حساس ساخته شده از سیلیکون و پارچه ابداع کرده اند که با بدن انسان حرکت می کند و جنبش بدن را عینا و دقیقا تشخیص می دهد.
متخصص کورور والش، Ph.D.، عضو اصلی دانشکده موسسه Wyss و جان L. Loeb دانشیار علوم مهندسی و کاربردی در SEAS می گوید : ما واقعا در مورد ساخت این سنسور هیجان زده هستیم زیرا، با استفاده از پارچه های سبکی که در ساختمان آن بکار می رود ، به طور ذاتی برای ادغام و ساخت روباتیک هوشمند مناسب است.
اوزگر آتالای، مدرس دوره کارشناسی ارشد در موسسه Wyss در ادامه می افزاید : علاوه بر این، ما یک فرایند تولید دسته ای منحصر به فرد را طراحی کرده ایم که به ما امکان می دهد سنسورهای سفارشی ایجاد کنیم که خواص یکسان را به اشتراک می گذارند و امکان ساخت آنها را برای یک برنامه خاص فراهم می کنیم.
این تحقیق در شماره کنونی فن آوری های پیشرفته مواد منتشر شده است و این پروتکل به عنوان بخشی از مجموعه ابزارهای Harvard Biodesign Lab’s Soft Robotics Toolkit در دسترس است.
تکنولوژی تیم Wyss شامل یک ورقه نازکی از سیلیکون (مواد نازک هدایت کننده) است که بین دو لایه پارچه رسانای نقره ای (مواد بسیار رسانا) قرار گرفته است، که حسگر خازنی را تشکیل می دهد.
این نوع سنسور حرکات را با اندازه گیری تغییر ظرفیت یا توانایی نگه داشتن بار الکتریکی از میدان الکتریکی بین دو الکترود ثبت می کند.
دانیل وگت، مهندس تحقیقاتی در موسسه ویس، توضیح می دهد که کارکرد سنسور چگونه شکل می گیرد :
هنگامی که سنسور از انتها کشیده می شود در اثر فشار لایه سیلیکون نازکتر شده و لایه های رسانای پارچه به همدیگر نزدیکتر می شوند، که این موضوع ظرفیت سنسور را متناسب با میزان اعمال فشار ،تغییر می دهد ، بنابراین ما می توانیم اندازه گیری کنیم که سنسور در حال تغییر شکل است.
عملکرد فوق العاده حسگر ترکیبی،در اثرفرایند تولید جدید آن است که در آن پارچه به هر دو طرف هسته سیلیکون با یک لایه اضافی از سیلیکون مایع وصل شده است.این روش اجازه می دهد تا سیلیکون برخی از شکاف های هوا را در پارچه پر کند و از لحاظ مکانیکی آن را به سیلیکون قفل کرده و سطح موجود برای توزیع فشار و ذخیره سازی بار الکتریکی را افزایش می دهد.الیاف قوی پارچه و همپوشانی آن کمک می کند که در طول کشش سیلیکون دچار تغییر شکل شود و سیلیکون باعث می شود که پارچه بعد از برداشته شدن اعمال کشش به شکل اصلی بازگردد.در نهایت، سیمهای نازک و انعطاف پذیر به طور دائمی به پارچه رسانا هدایت شده و با نوار حرارتی متصل می شوند که اجازه می دهد اطلاعات الکتریکی بدون نیاز به یک رابط سخت و بزرگ از سنسور به یک مدار انتقال یابد.به طور کلی، سنسور به عنوان یک ماده الاستیک، کشیده می شود، طول آن افزایش می یابد در حالی که ضخامت و عرض آن کاهش می یابد، بنابراین کل مساحت مواد – و ظرفیت آن – ثابت می ماند.به طرز شگفت انگیزی، محققان دریافتند که سطح هدایت کننده حسگر آنها با کشش اعمال شده افزایش یافته است بطوریکه باعث افزایش بیشتر از انتظار ظرفیت خازن می شود.
Asli Atalay، دانشیار دانشکده مهندسی Wyss می گوید:
سنسورهای خازنی مبتنی بر سیلیکون حساسیت محدودی بر اساس ماهیت مواد دارند با این حال، جاسازی کردن سیلیکون در پارچه رسانا، ماتریسی ایجاد کرد که مانع از کاهش سیلکون به اندازه عرض آن شده که همین امر باعث افزایش حساسیت لایه می شود.
سنسور هیبریدی با ظرفیت 30 میلی ثانیه از اعمال فشار و باتغییرات فیزیکی که کمتر از نیم میلی متر است گویای این مطلب است که قادر به ثبت حرکت در مقیاس بدن انسان است.برای تست این توانایی در یک سناریوی دنیای واقعی، تیم تحقیقاتی یک سری از آنها را به یک دستکش متصل کرد تا حرکات انگشتان دست و انگشت را در زمان واقعی اندازه گیری کند.سنسورها با موفقیت قادر به تشخیص تغییرات خازنی در انگشتان فرد بودند، در حالی که حرکت می کردند و موقعیت های نسبی خود را در طول زمان نشان می دادند.
والش می گوید:
این کار علاقه ما به استفاده از تکنولوژی نساجی در سیستم های رباتیک را نشان می دهد و ما برنامه های امیدوار کننده ای برای ضبط حرکات داریم، مانند لباس های ورزشی که عملکرد فیزیکی را تحت نظر می گیرند یا دستگاه های بالینی نرم برای نظارت بر بیماران در خانه هایشان . علاوه بر این تر کیب نرم افزارهای مبتنی بر پارچه، این سنسور ها سیستم های جدید رباتیک را فعال می کنند.
دونالد اینگبر که استاد زیست شناسی عروق در دانشکده پزشکی هاروارد و برنامه زیست شناسی عروقی در بیمارستان کودکان بوستون ا و استاد مهندسی زیست شناسی در SEAS است می گوید : این تکنولوژی روشهای کاملا جدیدی را برای تشخیص بیماری و درمان های همراه آن را به وسیله سنسور های پوشیدنی به وجود می آورد که بدون شک نقش مهمی در آینده مراقبت های بهداشتی در خانه دارد.

This research was supported by the National Science Foundation’s under Grant No. CBET-1454472, the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK) BIDEB-2219 Postdoctoral Research program, DARPA, and the Warrior Web Program under Award No. W911NF-14-C-0051. Opinions, interpretations, conclusions and recommendations are those of the authors and are not necessarily endorsed by the U.S. Army.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *