سنسورهای مقاوم در برابر ماشین لباسشویی، خودرو و چکش

ترجمه: آزاده موحد

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، چنین اتفاقاتی زیاد برای لباس هایمان می افتد. پس اگر قرار باشد منسوجات هوشمندی که احتمالا در آینده زیاد از آن ها استفاده خواهیم کرد در برابر این حوادث دوام بیاورند باید دارای اجزایی انعطاف پذیر و مقاوم باشند.

محققان مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان پالسون هاروارد و موسسه مهندسی الهام گرفته از بیولوژی ویس یک سنسور فشار فوق العاده حساس و به شدت مقاوم تولید کرده اند که می توان آن را در منسوجات و سیستمهای رباتیک نرم به کار گرفت.

سنسورهای سنجش فشاری که در حال حاضر موجود است بسیار حساس اما در عین حال بسیار شکننده هستند. اولواسون آرارومی یکی از محققان این پروژه می گوید: "مشکل اینجاست که سنسورهای با حساسیت بسیار بالا معمولا شکننده اند و سنسورهای مقاوم از حساسیت چندان بالایی برخوردار نیستند. در نتیجه باید به مکانیزمی دست پیدا می کردیم که با استفاده از آن هر دو ویژگی را در حد لزوم در سنسورها تامین می کردیم."

در نهایت محققان سنسوری را طراحی کردند که ظاهر و عملکرد آن بسیار مشابه "اسلینکی" بود. اسلینکی یک سیلندر جامد است که از فلز صلب تشکیل شده اما اگر آن را به شکل مارپیچی درآورید قابل انعطاف می شود.

این همان کاری است که تیم تحقیقاتی انجام داده یعنی از یک ماده اولیه حجیم و سخت که در این مورد الیاف کربن می باشد، استفاده کرده و آن را به شکلی درآورده که ماده اولیه قابل کشش و انعطاف پذیر  باشد. این شکل به نام شکل "مارپیچی" شناخته شده است چون قسمت های تیز بالا و پایین آن مشابه بالا و پایین رفتن بدن مار در هنگام خزیدن است. این الیاف کربن رسانای شکل داده شده سپس بین دو لایه الاستیک از پیش آماده شده به صورت ساندویچ قرار می گیرند. 

در مجموع رسانایی الکتریکی این سنسورها با تماس پیدا کردن لبه های الیاف کربن با یکدیگر تغییر پیدا می کند مانند زمانی که شما هر دو طرف اسلینکی را می کشید و هر کدام از مارپیچ های آن دیگر با هم تماس ندارند. این اتفاق حتی با کوچکترین فشار اعمال شده رخ می دهد که رمز حساسیت بالای سنسورها هم همین است.

بر خلاف سنسورهای انعطاف پذیر و با حساسیت بالای موجود که در ساخت آن ها از مواد اولیه عجیب مانند سیلیکون و نانوسیم های طلا استفاده می شود، ساخت سنسورهای جدید نیاز به هیچ گونه تکنیک خاص و یا حتی اتاق تمیز ندارد و می توان آن را با استفاده از هر ماده اولیه رسانایی ساخت.

محققان قابلیت ارتجاعی این سنسورها را با چاقو زدن به آن توسط یک چاقوی جراحی کوچک، ضربه زدن به آن با چکش، عبور از روی آن با خودرو و ده بار شستوی آن در ماشین لباسشویی مورد آزمایش قرار دادند که نتیجه تمام آن ها نیز موفقیت آمیز بود و هیچ آسیبی به سنسورها وارد نشد.

محققان برای نشان دادن حساسیت سنسورها آن ها را درون پارچه آستین لباس قرار دادند و  از فردی که لباس را پوشیده بود خواستند تا حرکات مختلفی را با دستش انجام دهد برای مثال دستش را مشت کند، کف دستش را باز کند یا حالت نیشگون گرفتن بگیرد. سنسورها می توانند از طریق پارچه تغییرات کوچکی که در عضله بازوی شخص ایجاد می شود را تشخیص دهند و با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشین این حرکات را طبقه‌بندی کنند.

خاصیت ارتجاعی سنسورها و سختی آن ها از لحاظ مکانیکی باعث می شود تا سنسورهای جدید به کل با سنسورهای قبلی متفاوت باشند. 

از چنین آستینی می توان در موارد مختلفی استفاده کرد از شبیه سازی ها در واقعیت مجازی و لباس های ورزشی گرفته تا تشخیص های بالینی برای بیماری های تخریب کننده عصب مانند پارکینسون.

دفتر توسعه فناوری هاروارد درخواست ثبت حفاظت از مالکیت فکری این پروژه را داده است.

رابرت وود، استاد مدرسه مهندسی و علوم کاربردی و نویسنده ارشد این مقاله  می گوید: "ترکیب حساسیت بالا و ارتجاعی بودن به وضوح از مزایای این نوع از سنسورهاست اما یکی دیگر از جنبه های متمایز کننده آن ها هزینه پایین مواد اولیه سازنده و روش سرهم کردن آن هاست. این ویژگی ها می تواند به از میان برداشتن موانع موجود بر سر راه همه گیر شدن این فناوری در منسوجات هوشمند کمک کند."

تیم تحقیقاتی در حال حاضر با در نظر گرفتن نزدیکی این سنسورها با بدن انسان مشغول کار بر روی چگونگی نحوه به کارگیری آن ها در لباس است. در این صورت با امکان اندازه گیری بیولوژیکی و بیومکانیکی روزانه از فرد می توان کاربردهای جالب توجه زیادی را برای این سنسورها در نظر گرفت.

بودجه این پروژه توسط اتحادیه تحقیقات استراتژیک دانشگاه هاروارد و کمپانی های تاتا تامین شده است. این اتحادیه در سال 2016 با هدف افزایش نوآوری در عرصه رباتیک، فناوری های پوشیدنی و اینترنت اشیا در هاروارد تاسیس شده است.