İnsan Derisini Taklit Eden Elektronik Deri

Fotoğraf: KAUST’tan araştırmacılar, sıcaklık ve temas gibi insan derisinin doğal işlevlerini taklit edebilen dayanıklı bir “elektronik deri” geliştirdiler.

Yumuşak, Esnek, İnce ve Güçlü Elektronik Yapılar, Yapay Deri Gelişimini Hızlandırabilir

İnsan derisini kuvvet, esneklik ve hassasiyet bakımından taklit eden bir malzemenin, biyolojik verileri eş zamanlı olarak toplamak için kullanılabileceği keşfedildi. Elektronik deri, ya da e-deri, yeni nesil protezlerde, kişiselleştirilmiş tıpta, yumuşak robotikte ve yapay zekada önemli bir rol oynayabilir.

KAUST’ta doktora sonrası çalışmalarını yapan Yichen Cai, “İdeal e-deri, sıcaklığı ve dokunuşu algılama gibi insan cildinin birçok doğal işlevini doğru ve eş zamanlı olarak taklit edecek” diyor. Ancak, bunlar gibi hassas görevleri yerine getirirken aynı zamanda günlük yaşamda çarpma ve sıyrılmalara dayanabilen uygun biçimde esnek elektronikler yapmak zordur ve ilgili her malzeme dikkatlice tasarlanmalıdır.

Pek çok e-deri, insan cildine yapışan esnek bir yüzeye sensör görevi gören aktif bir nanomalzeme katmanı eklenerek yapılıyor. Ancak, katmanlar arasındaki bağlantı genellikle çok zayıf olması malzemenin dayanıklılığını ve hassasiyetini azaltıyor; diğer yandan, eğer bağlantı çok güçlü olursa, esnekliği sınırlanıyor, çatlama ve devreyi bozma olasılığı artıyor.

Fotoğraf: KAUST’ta, silika nanopartiküller ile güçlendirilmiş bir hidrojel kullanılarak geliştirilen dayanıklı bir e-deri, güçlü ve esnek bir alt yapı oluşturuyor.

Cai, “Deri elektroniğinin alanı olağanüstü bir hızla değişmeye devam ediyor. İki boyutlu sensörlerin ortaya çıkışı, bu atomik anlamda ince, mekanik anlamda güçlü olan malzemeleri işlevsel, dayanıklı yapay yüzeylere entegre etme çalışmalarını hızlandırdı.” diyor.

Cai ve meslektaşı Jie Shen liderliğindeki bir ekip, güçlü ve esnek bir alt yapı olarak silika nanopartiküller ile güçlendirilmiş bir hidrojel ve yüksek iletken nanotellerle birbirine bağlanmış algılama katmanı olarak bir iki boyutlu titanyum karbür (MXene) kullanarak dayanıklı bir e-deri tasarladı.

Shen, “Hidrojeller yüzde yetmişten fazla sudan oluşuyor, bu da onları insan deri dokularıyla oldukça uyumlu hale getiriyor,” şeklinde açıklıyor. Araştırmacılar, hidrojeli her yönde ön gerilimini sağlayarak, bir nanotel tabakası uygulayarak ve sonrasında salınımını dikkatle kontrol ederek, malzeme orijinal boyutunun 28 katına gerildiğinde bile bozulmadan kalan sensör katmanına iletken yollar oluşturdular.

Prototip e-deri, nesneleri 20 santimetre uzaklıktan algılayabildi, uyaranlara saniyenin onda birinden daha kısa sürede yanıt verebildi ve bir basınç sensörü olarak kullanıldığında, üzerine yazılan el yazısını ayırt edebildi. 5.000 deformasyon sonrasında sağlıklı çalışmaya devam etti ve her seferinde yaklaşık çeyrek saniyede eski haline döndü. Shen, “İnsan cildinin elastikiyetini ve hızlı iyileşmesini taklit eden bir e-deri için tekrarlanan kullanımdan sonra dayanıklılığı korumak dikkat çeken bir başarı.” diyor.

Bu tipte bir e-deri, atardamarlardaki titreşimlerden, geniş uzuv ve eklemlerin hareketlerinden tespit edilebilen kan basıncındaki değişiklikler gibi bir dizi biyolojik veriyi gözlemleyebiliyor. Bu veriler daha sonra kablosuz bağlantıyla paylaşılabiliyor ve bulutta depolanabiliyorlar.

Ekip lideri Vincent Tung, “E-derilerin yaygın kullanımının önünde kalan tek engel, yüksek çözünürlüklü sensörlerin ölçeklendirilmesiyle ortadan kalkacak. Bununla birlikte, lazer destekli katmanlı üretim yeni vaatler sunuyor.” diye ekliyor.

Cai, “Bu teknoloji için biyolojinin ötesinde bir gelecek öngörüyoruz. Gerilebilir sensör bandı, bir gün mobilya ve uçak gibi cansız nesnelerin yapısal sağlığını gözlemleyebilir.” diyor.

Kaynak: scitechdaily.com