Mucizevi Dokunuş
Fotoğraf-1: Poliüretan ve altın sensörü kesme kuvvetlerine ve sürtünmeye dayanabilir.
Dokunma duyumuzu ortaya çıkarmak ve yeniden üretmek adına gelecekteki protez eller, insan-makine etkileşimleri ve el fonksiyonunun iyileştirilmesi gibi ana bileşenler için süper hassas basınç sensörleri gerekmektedir. Şu ana kadar çeşitli yumuşak ve esnek ince film basınç sensörleri geliştirilmesine rağmen, parmak ucunun hassasiyetine herhangi bir müdahaleyi önlemek için yeteri kadar narin bir sensör yapmak hala bir zorluk olmaya devam etmekteydi. Fakat şimdi Tokyo Üniversitesi’nden Takao Someya liderliğindeki araştırmacılar ve Munich Teknik Üniversitesi’ndeki çalışma arkadaşları, duyu üzerinde herhangi bir etki olmaksızın parmak basıncını kontrol edebilen bir nanomeş basınç sensörü geliştirdiler. [Lee et al., Science 370 (2020) 966-970 , https://doi.org/10.1126/science.abc9735].
Parmak ucu o kadar hassastır ki, çok ince tabakalı bir malzeme bile parmaktan beyne aktarılan duyusal bilgileri etkileyerek doğal dokunma hissimize müdahale ederek bozabilir. Dolayısıyla robotik sistemler veya protez cihazlardaki doğal dokunma hissini yeniden yaratmayı amaçlayan yapay sistemlerde bu tür duyusal müdahalelerden kaçınmak çok zordur.
“Parmak uçlarımız son derece hassastır, hatta o kadar hassastır ki aslına bakılırsa bir metrenin milyonda biri kalınlığındaki süper ince bir plastik folyo bile hisleri etkilemek için yeterlidir.” diye ifade etti Tokyo Üniversitesi’nden çalışmanın ilk yazarı Sunghoon Lee. “Parmaklarınız için giyilebilir bir sensör son derece ince olmak zorundadır. Ancak bu onu çok kırılgan ve aynı zamanda sürtünme veya tekrarlanan fiziksel eylemlerden kaynaklanan hasara karşı duyarlı hale getirir.” diye ekledi.
Bu kısıtlamaların üstesinden gelebilmek için, Lee ve ekibi doğrudan cilde yapıştırılabilen çok ince bir nanomeş sensör geliştirdi. Sensör, 4 tane elektro-eğrilmiş tabakadan oluşmaktadır. Bunlar; nanomeşe gömülmüş poliüretan pasifleştirme tabakası, üst altın nanomeş elektrot tabakası parilen/poliüretan nanomeş ara tabakası ve alt altın nanomeş elektrot tabakasıdır (Fotoğraf-2). Cihaz, ara tabakanın deformasyonu ile üretilen alt ve üst elektrotlar arasındaki direnç değişimini izleyerek, parmak üzerine veya parmak tarafından uygulanan basıncı tespit eder.
Fotoğraf-2: Nanomeş basınç sensörünün enkesit görünüşü. Sensör, (1) nanomeşe gömülmüş poliüretan pasifleştirme tabakası (2) üst altın nanomeş elektrot tabakası (3) parilen/poliüretan nanomeş ara tabakası ve (4) alt altın nanomeş elektrot tabakasından oluşmaktadır.
Araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen kavrama testlerine göre son derece hassas nanomeş sensörler, hassasiyet üzerinde minimum bir etki oluşturarak temas basınçlarını doğru olarak ölçebilir (Fotoğraf-1). Parmak ucu sensörleri fark edilmezdir ve bir nesneyi kavrama veya hissetme kabiliyeti üzerinde bir etkisi yoktur. Fakat sensörlerin incelik ve narinlik özelliklerine rağmen tekrarlanan kullanımdan sonra bile işlevselliği korunur ve sürtünmeye dayanacak kadar sağlamdır.
“Yeni metodolojimiz, nesnelerin hareket ettirilmesi esnasında insanların etkileşim güçlerinin izlenmesinde büyük bir ilerleme sağlamaktadır.” dedi Lee.
Hissedilmeme ve dayanıklılık özelliklerinin kombinasyonu, algılamada herhangi bir müdahaleye gerek olmadan basınç veya hareketin kesin ve sürekli izlendiği uygulamalar için sensörleri kullanışlı hale getirmektedir. Araştırmacılar, uzman zanaatkarlar tarafından yapılan sanat eserlerinin veya çok yetenekli cerrahların yaptığı karmaşık tıbbi prosedürlerin kaydedilmesi ve dijital olarak arşivlenmesi gibi yeni bir uygulamanın yapılabileceğini söylüyorlar.
Stanford Üniversitesi’nde Kimya Mühendisi Profesörü ve Stanford Giyilebilir Elektronik Girişimi Direktörü Zhenan Bao, çok ince sensörlerin nesneleri kavrama hislerimizi etkilemediği bulgusu çok ilginç olduğuna inanıyor. Bu, yalnızca yüksek duyarlılık ve düşük parazit için ince ve ultra uyumlu sensörlere sahip olmanın önemini gösterdiği için değil, aynı zamanda doğal bir insan dokunuşu ve nesnelerle etkileşim sağladığı için de iyi bir haber. Daha sonrasında robotik gelişmelerde uygulanabilecek insan dokunuşunun ölçülmesine de olanak sağlayacaktır.
Araştırmacılara göre, sensör sayılarını artırmak ve üç boyutlu basınç ölçümlerini elde etmek ve yorumlamak için bir yol geliştirmek, uzun vadede su geçirmez ve esnetilebilir cihazlar geliştirmek gibi alanlarda son derece faydalı olabilir.
Lee “Sonuç olarak, parmakların ve/veya diğer biyolojik sistemlerin basıncını kablosuz olarak tespit etmek için ölçüm birimi, güç kaynağı ve ara bağlantılar da dahil olmak üzere bütün bir sistem geliştirmek istiyoruz.” diyerek sözlerini tamamladı.
Kaynak: materialstoday.com
