محققان موفق به ساخت پوست هوشمندی شده اند که با لمس اشیاء انرژی مورد نیاز خود را تأمین می سازد. هنگامی که یک زنبور عسل بر روی پوست هوشمند قرار می گیرد، این پوست نه تنها حشره را حس می کند بلکه از بار الکتریکی تریبوالکتریک یا برق مالشی خود به خودی که میان زنبور و پوست هوشمند ایجاد شده است، جهت تأمین انرژی مورد نیاز حس لامسه و حذف نیاز به باتری استفاده می کند. این پوست هوشمند می تواند برای رباتها، سیستم های هوش مصنوعی و اندام های مصنوعی در افراد قطع عضو کاربرد داشته باشد.
تصویر سمت چپ پوست هوشمند بسیار شفافی را بر روی یک گل نشان می دهد. تصویر وسط زیرساختارها و تصویر راست الکترودهای نانووایر یا نانوسیم این پوست هوشمند را نشان می دهد.
پوست هوشمند از یک نمایشگر نازک الکترو ـ تکتایل (لامسه ای) و یک حسگر نصب شده روی پوست تشکیل شده است. اطلاعات حساس از طریق تحریک الکتریکی به حس لامسه تبدیل می شوند. بنابراین، شخص یا رباتی که این پوست را استفاده می کند نه تنها با جسم ارتباط فیزیکی برقرار می کند، بلکه می تواند اطلاعات سطح را «لمس» کند، حتی آنهایی که معمولاً غیر قابل لمس هستند.
محققان به سرپرستی هایکسیا ژانگ (Haixia Zhang) از دانشگاه پکن در شماره اخیر مجله ACS Nano مقاله ای را در خصوص این پوست هوشمند جدید منتشر کرده اند.
آنها موفق به ساخت نوعی پوست هوشمند از ورقه های پلاستیکی بسیار نازک و با استفاده از تنها چهار الکترود ساخته شده از نانوسیم های نقره شده اند. نمونه های دیگر حاوی 36 الکترود هستند. علاوه بر آن، یک جزء یا مؤلفه از این پوست هوشمند انرژی مکانیکی مثلاً ناشی از حرکت انگشتان دست مصنوعی را گرفته و آن را به یک جریان الکتریکی تبدیل می کند. بنابراین، جهت تأمین انرژی به منبع انرژی خارجی احتیاج نخواهید داشت.
تمام پوستهای الکترونیکی معمولی یا پوستهای هوشمند، به منبع تغذیه نیاز دارندبه گفته ژانگ: «تمام پوستهای الکترونیکی معمولی یا پوستهای هوشمند، به منبع تغذیه نیاز دارند». وی ادامه داد: «این یک مشکل جدی است و برای کاربران بسیار سخت و ناخوشایند است که یک پوست هوشمند نازک، انعطاف پذیر و سبک را به همراه یک باتری سخت و سنگین که تنها چند ساعت کار می کند، در اختیار داشته باشند. این پوست هوشمند که انرژی مورد نیاز خود را به تنهایی تأمین می کند در اصل توانسته است این مشکل را حل نماید». سایر سیستم ها برای به کار افتادن به باتری و سیم های خارجی احتیاج دارند که این امر به حجم آنها می افزاید.
دانشمندان این گونه توضیح می دهند که بارهای الکتریکی تریبوالکتریک در هر نقطه ای که دو شئ یکدیگر را لمس کنند شکل می گیرند، هرچند این بارهای الکتریکی به قدری اندک هستند که غالباً از آنها چشم پوشی می کنیم.
ژانگ عنوان می کند که: «در ذهن خود تصور کنید که به سمت میز حرکت کرده تا یک فنجان قهوه بردارید». «در این حالت بارهای الکتریکی مخالفی بر روی سطح کفش و زمین ایجاد خواهند شد، آنگاه هنگامی که فنجان را برای نوشیدن برمی دارید این بارهای متضاد در کف دست شما و دسته فنجان ایجاد می شوند. علاوه بر آن زمانی که قهوه را می نوشید، این بارهای الکتریکی حتی میان سطح دستگاه گوارش شما و قهوه نیز شکل خواهند گرفت. ما از این بارهای الکتریکی خود به خود و آنی که اغلب نادیده گرفته می شوند، جهت تأمین انرژی پوست هوشمند خود استفاده می کنیم».
این روش تأمین انرژی امکان پذیر است چرا که پوست هوشمند در وهله نخست انرژی بسیار کمی مصرف می کند. اکثر پوستهای هوشمندی که پیش از این ساخته شده اند دیجیتالی هستند به این معنا که میزان حساسیت رزولوشن یا قدرت تفکیک پذیری آنها توسط شبکه ای از پیکسل ها تعیین می شود. افزایش میزان تفکیک پذیری معمولاً نیاز به افزایش تعداد پیکسل ها و الکترودها دارد.
در مقابل و بر خلاف آن، پوست هوشمند این دانشمندان از یک روش آنالوگ استفاده می کند که تنها به چهار الکترود نیاز دارد. الکترودها در چهار انتهای پوست هوشمند قرار داده شده اند. هنگامی که یک جسم مانند انگشت بر روی پوست هوشمند فشار وارد می کند، یک جریان از طریق پوست ایجاد می کند که ولتاژی را بر روی هر الکترود القاء می کند. از آنجا که فاصله میان نیروی اعمال شده و هر الکترود متفاوت است، ولتاژ ایجاد شده در هر الکترود نیز متفاوت خواهد بود و از این ولتاژهای نسبی می توان برای مشخص کردن محل نیروی اعمال شده استفاده کرد.
ژانگ در ادامه صحبتهای خود عنوان می کند که «ما از بارهای خود به خودی برق مالشی همراه با القاء الکترواستاتیک سطحی جهت احساس حس لامسه اعمال شده بر روی پوست استفاده می کنیم». «بارهای الکتریکی برق مالشی در همه جای زندگی روزمره و زمانی که دو سطح یکدیگر را لمس می کنند، اتفاق می افتند. شدت اثر القایی الکترواستاتیک به فاصله بین سطح شارژ شده و فلز بستگی دارد».
آزمایشات این محققان نشان می دهد که این پوست هوشمند زمانی که بر روی یک دست رباتیک قرار داده شود می تواند محل نیروی اعمال شده با تفکیک پذیری تقریبی 9ر1 میلی متر را تشخیص دهد.آزمایشات این محققان نشان می دهد که این پوست هوشمند زمانی که بر روی یک دست رباتیک قرار داده شود می تواند محل نیروی اعمال شده با تفکیک پذیری تقریبی 9ر1 میلی متر را تشخیص دهد. محققان برای نشان دادن حساسیت بالای پوست هوشمند نسبت به نیروهای بسیار کوچک، نشان دادند که این پوست هوشمند می تواند حضور یک زنبور عسل 16ر0 گرمی و نیز یک جیرجیرک جهنده را تشخیص دهد. همچنین دارای ثبات الکتریکی بوده و سطح خروجی یکسانی را بیش از 30000 دور حفظ می کند. در نتیجه رباتها با استفاده از این پوست هوشمند می توانند دارای حس لامسه شوند.
محققان امیدوارند در آینده بتوانند با افزایش میزان تشخیص رزولوشن و حساسیت این پوست هوشمند، آن را ارتقاء دهند. این کار با هزینه کم انجام می شود به این دلیل که به الکترود اضافی نیاز نیست. محققان همچنین در نظر دارند راه هایی را جهت محافظت از پوست هوشمند از تداخلات محیطی و سایر مؤلفه های الکترونیکی بیابند. یعنی مشکلاتی که به هنگام وارد ساختن این پوست هوشمند به تلفنهای همراه ایجاد می شوند.
ژانگ عنوان می کند که: «پوستهای هوشمند آنالوگ، در مقایسه با پوستهای هوشمند دیجیتال که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند، به مطالعات عمیق تری نیاز دارند.» پوستهای هوشمند آنالوگ در رزولوشن و مصرف انرژی مزایای بسیاری به همراه دارند. آنها امیدوارند کارشان بتواند توجه بیشتری را معطوف به پوستهای هوشمند آنالوگ سازد.
منبع: phys
