به گزارش ساینس دیلی، علی جاوی استادیار مهندسی برق و علوم رایانه و رئیس تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا در ساخت پوست مصنوعی، دراین‌باره می‌گوید: ایده ما داشتن ماده‌ای است که مانند پوست انسان عمل میکند که به معنی گنجاندن قابلیت احساس و لمس اشیاست.
پوست مصنوعی، که توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا ملقب به e-skin شده، در مقاله‌ای اخیرا در پایگاه اینترنتی مجله مواد طبیعی (Nature Materials) معرفی‌شده است. این نخستین ماده ساخته شده از نیمه‌رسانا‌های کریستالی غیرآلی است. یک پوست مصنوعی حساس به لمس، کمک خواهد کرد تا بر یک چالش کلیدی در روباتیک غلبه شود؛ انتخاب مقدار نیروی لازم برای نگه داشتن و کنترل گستره وسیعی از اجسام.
جاویکه عضو مرکز تحقیقاتی حسگرها و عملگرهای برکلی و هیأت علمی در دپارتمان علوم مواد است، می‌گوید: انسان‌ها عموماً می‌دانند که چگونه یک تخم‌مرغ شکننده را بدون شکستن آن نگهدارند. اگر بخواهیم روباتی مثلا بشقاب را روی میز قرار دهد، مایلیم که مطمئن شویم روبات لیوان‌ها را در این عملیات نمی‌شکند. ما همچنین می‌خواهیم روبات قادر باشد که یک قوری را بدون انداختن آن بگیرد.
یکی از اهداف بلندمدت این پروژه، استفاده از پوست الکترونیک برای بازیابی حس لامسه بیماران دارای اعضای پروتزی است که مستلزم پیشرفت‌های قابل توجه در یکپارچه‌سازی حسگرهای الکترونیک با سیستم عصبی انسان است.
تلاش‌های قبلی برای ایجاد یک پوست مصنوعی بر مواد آلی مبتنی بود زیرا پردازش آنها انعطاف‌پذیر و آسان‌تر است.
جاوی می‌گوید: مسئله این است که مواد آلی، نیمه‌رسانا‌های ظریفی هستند؛ بدین معنا که وسایل الکترونیک ساخته شده از آنها اغلب مستلزم ولتاژهای بالایی برای راه انداختن مدار عمل عملیاتی است.
از طرفی، مواد غیرآلی از قبیل سیلیکون کریستالی، خواص الکتریکی عالی دارند و می‌توانند با توان کمتر کار کنند. همچنین آنها از نظر شیمیایی پایدارتر‌ند، اما از نظر تاریخی انعطاف‌پذیر نبوده و به آسانی ترک برمی‌دارند. در این رابطه، تحقیقات انجام شده توسط گروه‌های مختلف شامل گروه ما اخیراً نشان داده است که رشته‌ها یا سیم‌های مینیاتوری شده از جنس مواد غیرآلی می‌توانند برای ساخت وسایل و حسگرهای الکترونیک با انعطاف‌پذیری و کارایی بالا و قابلیت خمش مکانیکی مورد استفاده قرار گیرند.
این گزارش می‌افزاید: اخیرا مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، از یک تکنیک جدید ساخت بهره برده‌اند که مانند حالت معکوس یک دستگاه کرک‌گیر(lint roller) عمل میکند و به جای برداشتن الیاف، موهایی از جنس نانوسیم‌ها رسوب دهی می‌شوند.
محققان با ایجاد نانوسیم‌هایی از ژرمانیوم/ سیلیس روی یک استوانه کار را آغاز کردند که سپس روی یک زیرلایه چسبنده نورد می‌شد. زیرلایه، از یک فیلم پلیمید بود، اما محققان می‌گویند که این تکنیک می‌تواند با مواد مختلفی شامل پلاستیک‌های دیگر، کاغذ یا شیشه کار کند.
با نورد شدن استوانه ، نانوسیم‌ها به‌طور منظم رسوب‌دهی می‌شوند یا به‌عبارتی روی زیرلایه، چاپ می‌شوند که پایه‌ای ایجاد می‌شود که از آن ورق‌های نازک و انعطاف‌پذیر از جنس مواد الکترونیک می‌تواند ساخته شود. در یک روش تکمیلی مورد استفاده توسط محققان، نانوسیم‌ها ابتدا روی یک زیرلایه صاف مرجع رشد داده شدند و سپس توسط یک فرایند سایش جهتی به روی لایه پلیمید منتقل شدند.
برای پوست الکترونیک، مهندسان، نانوسیم‌ها را روی یک زمینه 18 در 19 پیکسل مربعی با اندازه 7 سانتی‌متر در هر طرف چاپ کردند. هر پیکسل شامل یک ترانزیستور ساخته شده از صدها نانوسیم نیمه‌رسانا بود، سپس ترانزیستورهای نانوسیمی با یک لاستیک حساس به فشار در بالا یکپارچه شدند تا عملکرد حس‌کردن را ایجاد کنند. زمینه، کمتر از 5 ولت توان را برای کار نیاز داشت و استحکام خود را بعد از قرارگرفتن در معرض 2000 چرخه خمش حفظ کرد.
محققان توانایی پوست الکترونیک برای شناسایی فشار از صفر تا15 کیلوپاسکال را به اثبات رسانند که قابل مقایسه با نیروی مورد استفاده برای فعالیت‌های روزانه مانند تایپ‌کردن روی یک صفحه کلید یا نگهداشتن یک جسم است.
کانی‌ها را تاکاهی رهبر گروه تحقیقاتی و دانشجوی فوق دکتری در مهندسی برق و علوم رایانه می‌گوید: این نخستین یکپارچه‌سازی صحیح در مقیاس بزرگ از مواد نانوسیم منظم برای یک سیستم عملکردی - در این مورد یک پوست الکترونیک- است.
این تکنیکی است که می‌تواند به‌طور بالقوه در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرد. محدودیت فعلی برای اندازه پوست الکترونیک، اندازه ابزارهای پردازشی مورد استفاده است. بنیاد ملی علوم و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع آمریکا، از این پروژه، پشتیبانی مالی کردند.
ساینس‌دیلی
