پوست مصنوعی زیر آب هم خودش را ترمیم می‌کند

جهان صنعت نیوز، این سامانه با استفاده از ساختارهای لایه‌ای الاستومری و رساناهای فلز مایع ساخته شده است و با تشخیص افزایش مقاومت الکتریکی ناشی از آسیب، وجود پارگی یا سوراخ‌شدگی را شناسایی می‌کند و سپس با اتصال دوباره شبکه‌های مولکولی برگشت‌پذیر، خود را بازسازی می‌کند. این فناوری توانسته در محیط زیر آبی به بازیابی کامل ۱۰۰ درصدی عملکرد دست پیدا کند. ‌

به نقل از نیواطلس، پژوهشگران برای نمایش کاربردهای این فناوری، دو نمونه اولیه ساخته‌اند: یک دستکش هوشمند غواصی که با حرکات دست امکان ارتباط بی‌سیم را فراهم می‌کند و یک بازوی رباتیک زیرآبی که سلامت ساختاری خود را پایش کرده و هنگام غوطه‌وری، سوراخ‌ها را ترمیم می‌کند.

محیط زیر آب یکی از سخت‌ترین شرایط برای تجهیزات الکترونیکی حساس محسوب می‌شود. آب می‌تواند از شکاف‌های بسیار کوچک نفوذ کند، نمک باعث خوردگی می‌شود و فشار آب با افزایش عمق بیشتر می‌شود. علاوه بر این، حسگرهای تماسی زیر آب در معرض ضربه‌های فیزیکی مداوم قرار دارند و ممکن است با سنگ‌ها، صدف‌ها، موجودات دریایی یا سازه‌های زیرآبی برخورد کنند. در صورت خرابی چنین حسگرهایی، معمولا باید تجهیزات از آب خارج و تعمیر شوند.

پوست SMES تلاش می‌کند تمام این مشکلات را با الهام از پوست طبیعی انسان حل کند. پوست انسان علاوه بر تشخیص لمس، می‌تواند آسیب‌دیدگی را نیز احساس کند و پس از آن خود را ترمیم کند؛ البته این فرآیند در بدن زمان‌بر است.

ساختار چندلایه برای حس کردن و ترمیم آسیب

نسخه الکترونیکی این پوست، وظایف مختلف را میان چند لایه تقسیم می‌کند. در بخش بالایی، یک لایه تشخیص آسیب قرار دارد که مانند سیستم هشدار عمل می‌کند. زیر آن یک لایه مغناطیسی-الکتریکی قرار گرفته که وظیفه حس کردن لمس و نزدیکی را بر عهده دارد.

هر دو لایه از یک ماده الاستومری نرم، کشسان و خود ترمیم ‌شونده 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 پوست نمی‌شکند.

تشخیص آسیب مانند احساس درد در بدن انسان

عملکرد سیستم از لایه تشخیص آسیب آغاز می‌شود. هنگامی که این ماده سوراخ یا پاره می‌شود، مسیر رسانایی قطع شده و مقاومت الکتریکی افزایش پیدا می‌کند.

این افزایش مقاومت مانند یک سیگنال درد در بدن انسان عمل می‌کند و به سیستم اطلاع می‌دهد که یک آسیب واقعی رخ داده، نه صرفاً یک تماس معمولی. جدا کردن فیزیکی لایه تشخیص آسیب از لایه حسگر معمولی باعث می‌شود دستگاه بتواند بین لمس عادی و صدمه واقعی تفاوت قائل شود.

ترمیم خودکار بدون دخالت انسان

پس از ایجاد آسیب، الاستومر شروع به بازسازی خود می‌کند. مکانیزم ترمیم به ساختار شیمیایی این ماده مربوط است.

شبکه مولکولی الاستومر دارای پیوندهای برگشت‌پذیری است که هنگام آسیب شکسته می‌شوند و زمانی که دو سطح جداشده دوباره کنار هم قرار گیرند، دوباره به یکدیگر متصل می‌شوند.

در آزمایش‌ها، سوراخ‌های کوچک در عرض چند ثانیه عملکرد الکتریکی اولیه خود را بازیافتند. برای بریدگی‌های بزرگ‌تر، لازم بود دو سطح آسیب‌ دیده مدت کوتاهی به هم فشرده شوند تا فرآیند ترمیم آغاز شود؛ پس از آن ماده به ‌تدریج بهبود پیدا کرد.

این الاستومر تا ۹۲ درصد بازیابی کشسانی نشان داد. با کمی حرارت، میزان ترمیم آن در هوا پس از هفت روز به حدود ۸۲ درصد رسید و در محیط زیر آب پس از ۱۰ روز تقریبا به ۱۰۰ درصد رسید.

جالب اینکه این ماده زیر آب بهتر ترمیم شد؛ محیطی که معمولا برای بسیاری از چسب‌ها و مواد خود ترمیم ‌شونده مشکل‌ساز است، زیرا آب مانع اتصال سطوح آسیب‌دیده می‌شود.

در زیر لایه آسیب، بخش اصلی حسگر قرار دارد. در این قسمت یک آهنربای کوچک در کنار یک سیم‌پیچ ساخته‌ شده از فلز مایع قرار گرفته است.

فشار روی سطح یا حرکت یک جسم نزدیک حسگر، موقعیت آهنربا نسبت به سیم‌ پیچ را تغییر می‌دهد. این تغییر میدان مغناطیسی باعث ایجاد ولتاژ در رسانا می‌شود؛ همان اصلی که در ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود.

در حالت حس لمس، فشار باعث جابه‌جایی آهنربا می‌شود. در حالت تشخیص نزدیکی، حرکت نسبی آهنربا و سیم‌پیچ حتی پیش از تماس فیزیکی، سیگنال تولید می‌کند.

این ویژگی می‌تواند برای دست‌های رباتیک نرم بسیار کاربردی باشد؛ زیرا ربات به جای بستن کورکورانه دست خود تا برخورد با جسم، می‌تواند نزدیک شدن آن را تشخیص دهد و حرکت خود را تنظیم کند.

این فناوری می‌تواند به غواصان کمک کند بدون صحبت کردن یا نوشتن زیر آب، پیام‌های ساده را منتقل کنند. همچنین چراغ‌های ال‌ای‌دی قرمز روی دستکش هنگام تشخیص آسیب جدی روشن می‌شوند.

پژوهشگران معتقدند این ماده می‌تواند حس لامسه مقاوم‌تری برای ربات‌های زیرآبی ایجاد کند.

برای مثال، یک ربات بازرسی زیر آب می‌تواند روی یک خط لوله حرکت کند، موانع اطراف را حس کند، متوجه سوراخ شدن پوسته خود شود و حتی بدون بازگشت فوری به سطح، حسگر آسیب‌دیده را ترمیم کند.

با این حال، این فناوری هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد. آزمایش‌ها مکانیزم حس کردن و ترمیم را نشان داده‌اند، اما هنوز پوستی آماده برای سال‌ها فعالیت در اعماق دریا ساخته نشده است. بریدگی‌های بزرگ همچنان نیازمند نزدیک کردن سطوح آسیب‌دیده هستند و ترمیم کامل ممکن است چند روز طول بکشد. همچنین تمام قطعات الکترونیکی جانبی نیز باید بتوانند در همین شرایط سخت محیطی دوام بیاورند.

منبع: ایسنا

اجتماعی و فرهنگی