..:::: ساخت پوست مصنوعی با قابلیت تغییر رنگ ::::..

محققان آمریکایی با طراحی نانوساختار‌های سیلیکون روی زیرلایه سیلیکونی، موفق به ساخت پوست مصنوعی شدند که در صورت اعمال فشار تغییر رنگ می‌دهد؛ نوع رنگ ایجاد شده متناسب با فشار اعمال شده است. پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی با الهام از طبیعت، موفق به ساخت ماده‌ای نازک و حریر مانند شدند که می‌توان با اعمال فشار اندکی تغییر رنگ دهد. از این ماده می‌تواند برای ساخت نسل جدیدی از نمایشگرها، حسگرها و ادوات استتار رنگی استفاده کرد. «کانی چانگ هاسناین» رهبر تیم تحقیقاتی تأکید کرد: این نخستین‌باری است که ماده‌ای حریر مانند ساخته می‌شود که با اندک فشاری تغییر رنگ می‌دهد؛ این ماده می‌تواند به عنوان پوست استفاده شود. با استفاده از تنظیم ابعاد نانوساختارهای موجود در سطح این فیلم سیلیکونی موفق شدیم نوع رنگ ایجاد شده را با هر فشار تعیین کنیم. 
 
محققان برای ایجاد رنگ، به جای استفاده از رنگدانه یا ترکیب شیمیایی ویژه‌ از تغییر ساختار نمونه استفاده کردند. نور در برخورد با ساختار نمونه انعکاس پیدا می‌کند. ساختار سیلیکونی به گونه‌ای طراحی شد که به رنگ دلخواه خود برسد؛ محققان با گزینش فواصل مشخص ساختاری موفق شدند طول موج مورد نظر خود را انعکاس داده و باقی طول موج‌ها را جذب ساختار سیلیکون کنند. از لایه‌های سیلیکونی با ضخامت 120 نانومتر استفاده شد؛ این لایه‌ها درون لایه‌های دیگری فرو رفته‌اند به طوری که به راحتی با اعمال فشار خم می‌شوند. در طراحی اولیه، با تغییر 25 نانومتری در این ساختارها رنگ سفید ایجاد می‌شود که با تغییر فشار، می‌تواند بین سبز تا زرد و نارنجی تغییر رنگ پیدا کند. نتایج این پژوهش در مجله Optica منتشر شده است. 

..::::  ساخت اولین نانوپوست‌ مصنوعی با حساسیت بالا  ::::..

پژوهشگران موسسه فناوری جورجیا موفق به ساخت اولین حسگر شبیه پوست بدن با حساسیت بالا شدند که در آن از دیود‌های نشر نور استفاده شده‌ و قادر است فشار وارده شده را به سیگنال نوری تبدیل کند. پوست‌های مصنوعی ساخته شده تاکنون، دارای قدرت تفکیک کمی هستند. اما پوست مصنوعی ساخته شده از نانوسیم‌های اکسید روی محققان موسسه جورجیا دارای حساسیت بالایی است و البته عملکرد این دستگاه، مدیون اثر پیزوفتوترونیک است که حساسیت آن از حساسیت پوست بدن بیشتر است. این محصول می‌تواند برای حوزه ساخت روبات بسیار ایده‌آل باشد. همچنین از آن می‌توان در تولید نسل جدید پدهای صفحه لمسی، ادوات تصویربرداری زیستی و سیستم‌های MEMS استفاده کرد.
یک پوست خوب باید بتواند تماسی در حد 50 میکرون را شناسایی کرده و به سرعت به آن پاسخ دهد. برای ساخت چنین پوستی، محققان از نانوسیم‌ها استفاده کردند؛ این نانوسیم‌ها در صورت وارد شدن فشار بر سطح آنها به سرعت با تغییر مقاومت یا ظرفیت پاسخ می‌دهند. مشکل اصلی پوست‌های مصنوعی که تاکنون ساخته شده، این است که قدرت تفکیکی در حد یک میلی‌متر دارند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران از آرایه‌ای از حسگرهای فشاری/نیرویی استفاده کردند. این آرایه‌ها به فشار وارد شده به فضایی کمتر از 3 میکرون نیز پاسخ می‌دهند. دانسیته پیکسل‌های این حسگر جدید در حد شش هزار و 350 نقطه در هر اینچ است که هزار بار بهتر از رکوردهای پیشین است. هر پیکسل از یک لامپ LED ساخته شده‌ است. این LEDها از رشته نانوسیم اکسید روی تشکیل شده که روی بستری از جنس گالیم تقویت شده، رشد داده شده‌ است. این رشته‌ها به فشار اعمال شده حساس بوده که این حساسیت را مدیون اثری موسوم به پیزوفتوترونیک هستند.
مواد پیزوالکتریک به ترکیباتی گفته می‌شود که در صورت تغییر ساختار و اعمال فشار بر آنها، بار الکتریکی تولید می‌کند. ادوات پیزوفتوترونیک مبتنی بر کنترل انتقال الکترون است که در آنها بارها در انتهای نانوساختار و در محل تماس بخش p و n، با هم ترکیب شده و نور تشکیل می‌شود. در این پژوهش از نانوسیم‌های اکسید روی برای تولید بار در دو انتها استفاده می‌شود. نور تولید شده از این سیستم با تغییر فشار، تغییر می‌کند. از آنجایی که این نور یک پرتوالکترولومینسانس است، به راحتی می‌توان آن را با تراشه‌ها پیوند زد.

ادامه نوشته

..::::  پوست مصنوعی آینده با حس همزمان لامسه، رطوبت و دما  ::::..

محققان مؤسسه فناوری تکنیون با استفاده از ذرات ریز طلا و نوعی رزین توانسته‌اند به کشف چگونگی ساخت نوع جدیدی از حسگر منعطف نائل شوند که در آینده می‌توان آن را در پوست الکترونیکی ادغام کرد. اگر دانشمندان چگونگی اتصال پوست مصنوعی را به اندام مصنوعی یاد بگیرند، افراد قطع عضو ممکن است بتوانند بار دیگر تغییرات محیط اطرافشان را احساس کنند.
راز این دستاورد در قابلیت این حسگر در شناسایی سه نوع داده بطور همزمان قرار دارد. در حالی که نمونه‌های کنونی پوست مصنوعی تنها قادر به درک لامسه هستند، اختراع این محققان می‌تواند بطور همزمان حس لامسه، رطوبت و دما را مانند یک پوست واقعی درک کند.
همچنین این سیستم از لحاظ لامسه حداقل 10 برابر حساس‌تر از سیستم‌های پوست الکترونیکی مبتنی بر لمس کنونی است.
دانشمندان همیشه به حسگرهای منعطف علاقه داشته‌اند اما در سازگارسازی آنها برای کاربرد در جهان واقعی با مشکل روبرو بوده‌اند. یک حسگر منعطف برای کاربرد در جامعه باید با ولتاژ کم کار کرده، طیف وسیعی از فشارها را سنجیده و در یک زمان بیشتر از یک سنجش را انجام دهد.
علاوه بر آن این حسگرها همچنین باید سریع، آسان و ارزان ساخته شوند.
حسگر این محققان از تمام این کیفیت‌ها برخوردار است. راز آن استفاده از نانوذرات دولای دربسته‌ای است که قطر آنها تنها پنج تا هشت نانومتر است. این ذرات از طلا ساخته شده و اطراف آنها را مولکولهای رابط لیگاند احاطه کرده‌اند.
محققان دریافتند هنگامیکه این نانوذرات در بالای یک زیرلایه قرار می‌گیرند که در این پژوهش ترفتالات پلی‌اتیلن انعطاف‌پذیر بوده، ترکیب نهایی بر اساس چگونگی خم شدن زیرلایه بطور متفاوتی برق را هدایت می‌کرد. این خاصیت الکتریکی به این معنی است که حسگر می‌تواند طیف گسترده‌تری از فشار از دهها میلیگرم تا دهها گرم را شناسایی کند.
همچنین دانشمندان با تغییر ضخامت لایه و ماده سازنده آن می‌توانند حساسیت حسگر را اصلاح کنند. از آنجایی که این حسگرها قابل سفارشی‌سازی بوده، می‌توان از آنها در آینده برای اجرای کاربریهای دیگر مانند نظارت بر کشش در پلها و شناسایی ترک در موتورها استفاده کرد. این پژوهش در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است.

ادامه نوشته

..::::  حس لامسه پوست مصنوعی، قوی‌تر از پوست طبیعی می‌شود  ::::..

محققان دانشگاه استنفورد حسگر فشاری طراحی کرده اند که عملکردی مشابه پوست واقعی داشته و می تواند برای ایجاد حس لامسه در پروتز های مصنوعی یا دستگاه های مانیتورینگ قلب نیز مورد استفاده قرار بگیرد. تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد در سال 2010 میلادی خبر توسعه حسگر فشار بسیار حساس ساخته شده از لاستیک فوق نازک را منتشر کردند که این دستگاه فاقد ترانزیستور انعطاف پذیر بعنوان یک نیمه هادی برای انتقال سیگنال از حسگر بود. اما دستگاه جدید ترانزیستور ساخته شده از یک پلیمر نیمه هادی انعطاف پذیر است که فشار را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. به گفته دکتر «ژنان بائو» از اساتید مهندسی شیمی و سرپرست تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد، حساسیت این پوست به فشار بیش از پوست انسان است که می تواند میزان فشاری صدها برابر کمتر از یک لمس ملایم (کمتر از 10 کیلوپاسکال) را احساس کند.
یکی از کاربردهای عملی پوست مصنوعی، مانیتورینگ قلب است؛ این حسگر فشار فوق باریک به انرژی بسیار کمی نیاز دارد و می تواند برای توسعه یک ابزار نظارتی پوشیدنی برای بیماران قلبی مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین می توان از پوست مصنوعی برای ساخت پروتزهای دارای حس لامسه نیز استفاده کرد؛ گرچه محققان تاکنون موفق به برقراری ارتباط بین حسگر فشار با مغز نشده اند. محققان موسسه تکنولوژی جورجیا (GT) به تازگی حسگر فشار انعطاف پذیری از مواد پیزوالکتریک طراحی کرده اند، اما «بائو» تأکید می کند که حسگر فشار دانشگاه استنفورد در مقایسه با تمام نمونه های تولید شده از قدرت تشخیص فشار بالاتری برخوردار است. نتایج این دستاورد در مجله Nature Communications منتشر شده است.

ادامه نوشته

..::::  پوست مصنوعی، واقعی‌تر شد  ::::..

محققان چینی و آمریکایی موفق به توسعه آرایه‌ای از حسگرها شده‌اند که مانند انگشت دست می‌تواند فشار را حس کند. موسسه تکنولوژی جورجیا (GT)‌ در همکاری مشترک با محققان چینی، آرایه ای از ترانزیستورهای انعطاف پذیر با قابلیت احساس فشار را توسعه داده اند که از درجه حساسیتی مشابه انگشت انسان برخوردار است. با استفاده از نانوسیم های اکسید روی به شکل عمودی، آرایه ای شامل هشت هزار ترانزیستور ساخته شد که هر ترانزیستور زمانی که تحت فشار فیزیکی قرار می‌گیرد، بطور مجزا قادر به تولید سیگنال های الکتریکی است. محققان از خاصیت پیزوالکتریکی برای دریافت پاسخ الکتریکی از آرایه های ترانزیستوری استفاده کردند؛ برای این کار باید از موادی با خواص همزمان پیزوالکتریک و نیمه هادی شامل نانو سیم ها و فیلم های نازک استفاده شود. «ژانگ لین وانگ» سرپرست تیم تحقیقاتی تأکید می کند: هر حرکت مکانیکی مانند حرکت دست یا انگشت ربات می تواند به سیگنال های کنترلی ترجمه شود که به توسعه پوست مصنوعی هوشمندتر با خواصی مشابه پوست انسان منجر می‌شود. دستاورد محققان می تواند روند توسعه پوست مصنوعی پیشرفته را تسهیل کند؛ از این فناوری همچنین می توان برای ساخت پروتزهای رباتیک با قابلیت لمس سطوح مختلف ، ویژه افراد معلول یا توسعه ربات‌های شبه انسانی با داشتن حس لامسه استفاده کرد. نتایج این تحقیق در مجله Science‌ منتشر شده است.

ادامه نوشته

..::::  طراحي پوست مصنوعي فوق حساس با الهام از بال سوسك  ::::..

محققان دانشگاه ملي سئول با الهام از بال سوسك و با استفاده از نانوالياف پليمري موفق به طراحي حسگري فوق العاده انعطاف پذير شدند. محققان دانشگاه ملي سئول در طرح مشترك با محققان آمريكايي نوع جديدي از پوست مصنوعي توليد كرده اند كه علاوه بر كاهش هزينه هاي توليد در مقايسه با ساير حسگرهاي الكترونيكي از حساسيت بسيار بالايي برخوردار است. ايده طراحي اين پوست مصنوعي جديد از موهاي بسيار نازك بر روي بال سوسك ها الهام گرفته شده است كه امكان احساس محرك هاي بسيار كوچك خارجي را براي حشره فراهم مي كند.
تعداد زيادي از الياف پليمري با طول تنها يك ميكرومتر و قطر 100 نانومتر بر روي يك پايه متصل شدند و شكلي شبيه يك صفحه كوچك از ميخ ايجاد شد؛ سپس لايه ديگري به همين روش ساخته و بر روي لايه اول قرار داده شد. زماني كه الياف پليمري با لايه بسيار نازكي از فلز پوشيده شدند، امكان اندازه گيري جريان الكتريكي درون آنها فراهم شد. مقدار جريان الكتريكي موجود درون الياف به ميزان تماس اين رشته هاي بسيار نازك مرتبط هستند.
به گزارش ایسنا،
در آزمايش‌هاي صورت گرفته مشخص شد، اين پوست مصنوعي قادر به شناسايي حركت قطره آب و حتي تشخيص ضربان قلب در زمان قرار گرفتن بر روي پوست انسان است. اين شيوه ساده و ارزان قيمت مي تواند جايگزين مدارهاي پيچيده اي شود كه در طراحي روبات ها براي درك احساس محيط استفاده مي شود. نتايج اين مطالعه در مجله Nature Materials منتشر شده است.

ادامه نوشته