Giyilebilir Sensörler Gaz Kaçaklarını Tespit Edebiliyor

Fabrikalarda zehirli gaz sızıntısı, kazanlarda karbon monoksit sızıntısı veya rögar temizliği sırasında zehirli gaz boğulması gibi gaz kazaları can almaya ve yaralanmalara neden olmaya devam ediyor. Toksik gazları veya biyokimyasalları hızlı bir şekilde algılayabilen bir sensör geliştirmek, halk sağlığı, çevre izleme ve askeri sektörlerde hala önem taşıyan bir konudur. Son zamanlarda, POSTECH’teki bir araştırma ekibi, kullanıcıyı uçucu gaz algılama konusunda hemen bilgilendiren, ucuz, ultra kompakt, giyilebilir bir hologram sensör geliştirdi. 

Makine ve kimya mühendisliği bölümlerinden Profesör Junsuk Rho ve Makine Mühendisliği Bölümünden Dr. Inki Kim ile Profesör Young-Ki Kim ve Ph.D. POSTECH Kimya Mühendisliği Bölümü doktora adayı Won-Sik Kim, zararlı gazlar tespit edildiğinde anında görsel holografik alarm sağlayan bir sensör geliştirmek için gazla reaktif sıvı kristal optik modülatör ile metayüzeyi (Metayüzeyler, meta malzemelerin karşılaştığı engellerin üstesinden gelmek için başlangıçta geliştirilen, bireysel öğelerden oluşan ince filmlerdir.) entegre etti. Bu çalışmadan elde edilen bulgular 7 Nisan 2021’de Science Advances’te yayınlandı. 

Petrokimya tesisleri gibi tehlikeli ortamlarda çalışanlar için gaz sensörleri hayattır. Bununla birlikte, geleneksel gaz algılama cihazları, karmaşık makineler ve elektronik cihazlarla yapılmalarının yüksek maliyetleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Ek olarak, ticari gaz sensörlerinin kullanımlarının zor olması, taşınabilirlik ve reaksiyon hızının düşük olması gibi sınırlamaları vardır. 

Bu sorunları çözmek için araştırma ekibi, ışığın kırılma indisini kontrol ederek görünür nesneleri ortadan kaldırarak görünmez pelerin etkisine sahip olduğu bilinen geleceğin optik cihazı olarak iyi bilinen metayüzeyi kullandı. Metayüzey, özellikle ışığı serbestçe kontrol ederek iki yönlü hologramları veya 3 boyutlu video görüntülerini iletmek için kullanılır. 

Araştırma ekibi, metayüzeyi kullanarak,  sensör cihazının içindeki sıvı kristal katmanındaki sıvı kristal moleküllerinin gaza maruz kaldığında oryantasyonundaki değişiklik nedeniyle dönüşen iletilen ışığın polarizasyon kontrolünü kullanarak, uzayda holografik bir görüntü alarmını birkaç saniye içinde yüzdürebilen bir gaz sensörü geliştirdi. Ayrıca araştırma ekibi tarafından geliştirilen bu gaz sensörü, diğer geleneksel ticari gaz sensörlerinden farklı olarak harici mekanik veya elektronik cihazlardan destek gerektirmiyor. Araştırmacılar, hedef tehlikeli gaz olarak mide ağrısına, baş ağrısına, baş dönmesine ve hatta lösemiye neden olabilen zehirli bir madde olarak bilinen izopropil alkol kullandılar. 

Yeni geliştirilen sensörün, yaklaşık 200 ppm’lik çok küçük gaz miktarını bile tespit ettiği onaylandı. Günlük hayatımızdaki uçucu bir gaz kaynağı olan tahta kaleminin kullanıldığı gerçek bir deneyde, kalem sensöre getirildiği anda anında görsel bir holografik alarm belirdi. 

Ayrıca araştırma ekibi, bu esnek ve giyilebilir gaz sensörünü üretmek için tek adımlı bir nanokompozit baskı yöntemi geliştirdi. Daha önce sert bir alt tabaka üzerinde işlenen metayüzey yapısı, kavisli veya esnek bir alt tabaka üzerinde tek aşamalı bir nano döküm işlemi ile hızlı üretime olanak sağlayacak şekilde tasarlandı. 

Bu yöntemle üretilen esnek sensör, güvenlik gözlüklerine bir etiket gibi yapıştırıldığında, gazı algılayabilir ve bir hologram alarmı gösterebilir. Apple, Samsung, Google ve Facebook’ta geliştirilmekte olan cam tipi AR görüntüleme sistemleriyle entegre olması bekleniyor. 

Araştırma ekibi bir adım daha ileri giderek, çevredeki gazların veya biyokimyasalların türünü ve konsantrasyon seviyesini holografik alarmla görüntüleyebilen yüksek performanslı bir çevresel sensör geliştiriyor ve çeşitli holografik görüntüleri kodlayabilen optik tasarım teknikleri üzerinde çalışıyor. Bu çalışmalar başarılı olursa biyokimyasal veya gaz kaçaklarından kaynaklanan kazaları azaltmak için kullanılabilir. 

Prof. Junsuk Rho, “Bu yeni geliştirilen ultra kompakt giyilebilir gaz sensörü, geleneksel işitsel veya basit ışıklı alarmlardan daha sezgisel bir holografik görsel alarm sağlıyor” dedi. “Özellikle akustik ve görsel gürültünün yoğun olduğu daha zorlu çalışma ortamlarında etkili olması bekleniyor.” 

Kaynakça: phys.org