Mühendisler, Sıcaklık Değişimini Hissedebilen Yapay Deri Ürettiler
Caltech ve ETH Zurich bilim adamları ve mühendislerinden oluşan takım, sıcaklık değişimini algılayabilen yapay deri geliştirdiler. Bu sistem, kullanılan mekanizmaya benzer bir organ ile gerçekleşir ve derideki gözeneklere bir benzer yapı sayesinde hissedilmesini sağlar.
Bu malzeme, protez kolların içerisine yerleştirilmiş ve sıcaklık hissini yeniden düzenlemek için kesik kollara enjekte edilmiştir. Aynı zamanda uygulanan ilkyardım alanında sağlık çalışanlarını uyarmak için kullanılan bandaj görevi de görür. Sıcaklık artışı ile yarada enjeksiyon oluşumunun gerçekleştiğini anlamak mümkün olur.
1 Şubat tarihide Bilim Robotu’ nda bununla ilgili bir yazı yayımlanmıştır.
Sentetik olarak imal edilen petri odunları, takım lideri Caltech’s Chiara Daraio önderliğinde geliştirilmeye başlanmıştır. Geliştirilen prosesler sonucuna üretilen bu sentetik malzeme sergilenmeye başlanmış ve laboratuvarda sıcaklık değişimlerine elektriksel tepki gösterebilen bir malzeme geliştirmişlerdir. Sıcaklık hassasiyetini algılamak için kullanılabilen güvenilir bir malzeme olarak pektin geliştirilmiştir. Pektin, onarım yapan hücre duvarlarındaki moleküllerin uzun sürek kayıt altına alınmasını sağlıyor.
“Pektin, gıda endüstrisinde de geniş bir kullanım alanına sahiptir. Gıda sektörünce reçel yapımında jel ajanı olarak görev yapar. Yani, pektin adı verilen bu bileşen hücreler arası geçişte kolay karar verilmesini sağlar. Görevleri dışında da ucuz bir malzemedir.” Diyor Bliim ve Mühendislik Uygulamaları Profesörü ve Makine Mühendisi Daraio.
Araştırmacı bu takım, yaptığı çalışmalarla pektine olan merakı uyandırmıştır. Tamamen ince ve saydam olan bu esnek film pektin tabakaları ve 20 mikrometre kalınlıktadır. Filmdeki pektin molekülleri güçlü çift bağ içeren tel yapılardan meydana gelirler. Ve bu yapılar kalsiyum iyonları içerir. Sıcaklık arttığında bu bağlar kırılarak açılır ve çift iplerin direnci kırılır. Bağlar “açık” konuma gelir ve kalsiyum iyonları pozitif yüklü olarak salınmış olur.
Ya serbest kalmış Ca iyonlarının miktarındaki artış ya da bu iyonların taşınımındaki artış elektrik direncinin azalmasına yol açar. Bu olay multimetre ile algılanır ve elektrotlar arasında filmde gömülü bulunan elektrotlar aracılığıyla bağlantı kurulur.
Bu film tabakasındaki sıcaklık değişimi hissi benzer diğer yapılarda da kullanılabilir. Filmde bulunan bu yapı, yılanların karanlık ortamda yemlerini algılayarak yayılan sıcaklığı algıladıkça, yılanların organlarıyla benzer fakat aynı olmayan bir mekanizma kullanarak sıcaklığı algılamalarını sağlar. Bu organlar, sensör hücre membranlarındaki sinir ipçiklerinde bulunan iyon kanallarının genişlemesi sonucundaki sıcaklık artışı ile algılanır. Bu genişleme Ca iyonlarının akmasına izin verir ve elektrik iletimi gerçekleşmiş olur.
Mevcut elektronik olarak üretilmiş deriler, normalde gerçekleşen 5°C lik sıcaklık değişim aralığını onda bir oranında algılayabilirler. Yeni olan cilt, büyüklük sıralamasına göre küçüktür ve 45°C lik sıcaklık aralığında çalışan elektronik deriden iki kat daha fazla duyarlılığa sahiptir.
Şimdiye kadar robotlarda ve biyomedikal uygulamalarda 5 ile 50 °C arasında değişen sıcaklıklar için algılanan robotlar vardı. Fakat artık Daraio ve onun takımı bu sıcaklık değerini 90°C ye çıkarmak istiyor. Çalışmalar istenilen yönde ilerlerse, pektin sensörleri endüstriyel diğer uygulamalarda da kullanılabilecek. Örneğin; ısı sensörleri robotların vücutlarında kullanılarak insan-robot benzerliğini artırabilecek. Bu durum fabrikada gerçekleşen proseslerin değişmesi ile mümkün kılınabilir.
ETH’ de Daraio doktora öğrencisi araştırmacısı Raffaele Di Giacomo ile birlikte çalıştılar. Çalışmaya, aynı zamanda yüksek lisans öğrencisi Luca Bonanomi ve Vincenzo Costanza ve İtalya Salerno üniversitesi konuk profesör Bruno Maresca tarafından da destek verildi. Çalışmanın başlığı ise “ Yapay Deriler İçin Biyometrik Sıcaklık Algılama Tabakası” dır. Bu araştırma, İsveç Uluslararası Bilim Kurumu tarafından finanse edilmiştir.
Kaynak : caltech.edu
