يتعرف الجلد الإلكتروني الاصطناعي على نسيج السطح ويستجيب للضغط ودرجة الحرارة والصوت
مرحبًا بك في صفحات مدونة iCover ! عرضت مجموعة من الأساتذة هونغ سان لي من معهد Dong-A University Busan في كوريا الجنوبية رؤيتهم لما يجب أن تبدو عليه البشرة الإلكترونية للمستقبل . الجلد الإلكتروني أو الجلد الإلكتروني - واحد فقط من أنواع الجلود الاصطناعية ، والتي يمكن استخدامها في المستقبل من قبل كل من البشر والروبوتات. إلى أي مدى يعد الخيار الذي اقترحه البروفيسور هون واعدًا وما هي الاختلافات الجوهرية بين نسخته المقترحة من الجلد الكهربائي الاصطناعي والحلول البديلة المقترحة مسبقًا؟أحد المجالات الرئيسية التي يعمل بها مختبر البروفيسور هونغ سان لي اليوم هي المواد النانوية البوليمرية. يمكن الحصول على المركبات النانوية التي تم الحصول عليها داخل جدرانه - الأغشية الموصلة الشفافة ، والأغشية الكهربية الحديدية (الأغشية الكهربية) ، والأغشية محكمة الغلق في المستقبل القريب جدًا في مختلف المجالات ، على وجه الخصوص ، كجزء من بناء شاشة LED عضوية أو عرض هاتف محمول ، في الأطراف الصناعية والروبوتات .الجلود الاصطناعية
على عكس البدائل ، فإن النسخ الموجودة بالفعل من الجلد الاصطناعي ، الجلد الإلكتروني ، التي اقترحتها مجموعة من العلماء الكوريين الجنوبيين ، مصنوعة من مادة عازلة كهربائية تعمل على توليد الكهرباء استجابة للمنبهات الخارجية ، مثل الضغط ودرجة الحرارة والصوت. تم استخدام هيكل المنتج النهائي ، وهو فيلم رقيق يستشعر درجة الحرارة والضغط ، من قبل العلماء الذين طوروا مركبات نانوية كهروضوئية مصنوعة من فلوريد البولي فينيل ليدين (PVDF / PVDF) وأكسيد الجرافين المخفض ، والذي يحتفظ بخصائص الحديد الكهربية حتى بعد دورة المعالجة (التكوين من سبيكة أو الصب من محلول) دون الحاجة إلى مزيد من "إغاظة".تكتسب القدرة على "الشعور" بضغط ودرجة حرارة فيلم من هذا المركب على وجه التحديد بسبب الكهرباء الحديدية. طبقتان من هذا الفيلم بعد النقش الدقيق تجعل من الممكن الحصول على هيكل الإغاثة مع خصائص محسنة بشكل كبير للحساسية للتأثيرات الخارجية. السطح المضلع ، مثل النقش على راحة اليد أو الأصابع ، يمنح الجلد وظائف متعددة ، والتي تتجلى في القدرة على الشعور بالضغط الديناميكي والساكن ، والتعرض لدرجة الحرارة. إن حساسية الجلد الإلكتروني الاصطناعي التي أنشأتها مجموعة من العلماء الكوريين ، وفقًا للأستاذ هون ، رائعة جدًا لدرجة أنه يمكن الشعور بشعر واحد مستلقٍ عليها والأصوات المحيطة بها.كيف يتم إنشاء الكهرباء الحديدية
يمكن أن تتراكم شحنة كهربائية في مركب نانو كهربائي في مراحل قطبية أثناء العمل الميكانيكي. تم اقتراح تكوين مراحل قطبية في المركبات النانوية على أساس أكسيد الجرافين المخفض وفلوريد البولي فينيل ليدين عن طريق دمج PVDF في الهيكل. يتناسب حجم الجهد المولد مع نسبة الشحنة المولدة إلى السعة الكهربائية.بعد تقليد بصمة الإصبع ، قام العلماء بربط الهياكل الجلدية والبشرة معًا. في هذه الحالة ، تضمنت طبقة الجلد الداخلية مستقبلات ميكانيكية تسجل ضغطًا ثابتًا ، وتغييرات التثبيت الباقية في الضغط والاهتزاز. نظرًا لتخفيف النقش الدقيق ، يكتسب فيلم عازل كهربائي ذو طبقتين حساسية متزايدة تجاه الصوت والملمس. تتغير مقاومة الجلد الإلكتروني عندما تتغير منطقة التلامس للطبقات الخارجية والداخلية بسبب التغيرات في الضغط الساكن أو الديناميكي المطبق.يتم إنشاء القدرة على الاستجابة لتغيرات درجة الحرارة بسبب آليات مشابهة لتلك التي تحفز تراكم الشحنة الكهربائية في المراحل القطبية. تؤدي التغيرات الديناميكية الحرارية في المركبات إلى تغيير في مقاومة التلامس بين طبقات أكسيد الجرافين المنخفض (rGO) ، مما يجعل من الممكن الشعور بتغيرات درجة الحرارة.يقول البروفيسور هون: "وهكذا ، فإن بشرتنا الإلكترونية متعددة الوظائف ، مثل طرف إصبع الإنسان ، الذي يستشعر الضغط الثابت والديناميكي ، ودرجة الحرارة والملمس في نفس الوقت."التطوير في هذا الاتجاه مستمر منذ أكثر من عام وقد تم بالفعل تحقيق بعض النتائج. ولكن في الوظائف المتعددة على وجه التحديد ، فإن الاختلاف الأساسي بين الجلد الاصطناعي الإلكتروني الذي ابتكره العلماء الكوريون والخيارات التي اقترحها المجتمع العلمي حتى هذه اللحظة وتوفير الحساسية على مستوى واحد أو أقصى خاصيتين رئيسيتين يتكون من الضغط الديناميكي والضغط الثابت ودرجة الحرارة. يسمح لنا تطوير مختبر هون بتقديم ليس فقط كل معلمات الحساسية الثلاثة المميزة لبشرة الإنسان ، ولكن أيضًا القدرة على الاستجابة لاهتزازات الموجات الصوتية والتعرف على ميزات نسيج السطح.كيف تبدو البشرة الإلكترونية
كل شيء بسيط للغاية. الصوت ليس أكثر من ضغط هواء متغير بمرور الوقت. إن حساسية الجلد الإلكتروني للجلد الإلكتروني ، التي تتجاوز بشكل كبير حساسية الميكروفون التقليدي ، تكفي لاستشعار التغييرات في هذه الاهتزازات ، للكشف عن قوانين الاستجابة الترددية وتوليد التيارات المقابلة.المركبات النانوية التي تم إنشاؤها في مختبر البروفيسور هون قللت من المقاومة الكهربائية بسبب توزيع أكسيد الجرافين المنخفض في أجهزة استشعار PVDF و piezoresistive (أشباه الموصلات الكهرضغطية) يمكن استخدامها أيضًا كمستشعرات كهربائية. كانت المادة البلاستيكية بالحرارة. باستخدام تقنية التشكيل من الصهر أو الصب من أغشية المحاليل ، من الممكن إجبارها على أخذ وتكرار أي شكل (على سبيل المثال ، الهياكل النموذجية الدقيقة) دون المساس بالخصائص الكهروضوئية و piezoresistive.وبالتالي ، من الممكن إنشاء تركيبات مجهرية مقترنة على فيلم كهربي عازل ، مما يعزز الحساسية الكهرضغطية ، الكهرضغطية والكهرضروية للإشارات الحرارية الديناميكية والساكنة. قال البروفيسور هون إنه في التجارب البديلة التي استخدم فيها الباحثون رغوة الجرافين السلبية ، والترانزستورات ذات التأثير الميداني ، والبوليمرات الخزفية المستقطبة ، تم استخدام عينات من الجلد الصناعي مع حساسية للضغط ودرجة الحرارة لإنشاء جلد صناعي ، ولكن ليس هناك شك لإعادة إنتاج المعلومات الدقيقة مع الحفاظ على الخصائص الكهروضوئية.تعد مجالات مثل الروبوتات المجسمة ، والأطراف الصناعية ، وإنشاء أجهزة محمولة مع وظيفة مراقبة صحة الإنسان ، وإنترنت الأشياء ، وغيرها من المجالات الواعدة للغاية لاستخدام الجلد الإلكتروني بخصائص مماثلة. في نفس الوقت ، اعتمادًا على التطبيق ، سيكون من الممكن تحويل التركيز على هيمنة الخصائص المطلوبة. على سبيل المثال ، يجب أن يكون الجلد الإلكتروني المستخدم في الروبوتات أكثر مقاومة لقطرات الضغط الكبيرة دون فقدان الحساسية ، وعند استخدامه للأطراف الصناعية - يكون له واجهة إضافية لنقل الإشارات إلى الدماغ.
أعزائي القراء ، يسعدنا دائمًا أن نلتقي وننتظرك على صفحات مدونتنا. نحن على استعداد لمواصلة مشاركة أحدث الأخبار ومواد المراجعة والمنشورات الأخرى معك ، وسنحاول بذل قصارى جهدنا لجعل الوقت الذي تقضيه معنا مفيدًا لك. وبالطبع ، لا تنسى الاشتراك في أعمدتنا .مقالاتنا وأحداثنا الأخرىSource: https://habr.com/ru/post/ar391515/
All Articles