Az emberi bőr érzékenységének reprodukálása nem könnyű feladat, különösen a nagyobb, rugalmas felületek esetében. Két kaliforniai kutatócsoport azonban most olyan nyomásérzékeny eszközöket fejlesztett, melyek hatalmas előrelépést jelentenek ezen a területen.

Az egyik vívmány a Stanford Egyetem kutatóinak munkásságát dicséri: szerves elektronikát alkalmazva ezerszer érzékenyebb a bőrünknél. A másik a California Egyetem kutatóihoz köthető: integrált nanocsöves tranzisztorokkal működik, energiaigénye rendkívül alacsony. Mindkét eszköz hajlékony, rugalmas és a napjainkban egyre inkább elterjedt elektronikai nyomtatási eljárásokkal készül, így viszonylag alacsony költségek mellett, egyszerűen, nagy felületekre is illeszthető.

A különösen érzékeny felületek alkalmazásával a robotok sokkal hatékonyabban, biztonságosabban lesznek képesek megfogni, mozgatni a tárgyakat, hiszen a megfelelő erő kifejtésével elhanyagolhatóvá válik a túlzott szorításból fakadó törés, illetve a gyenge fogásból fakadó elejtés veszélye. Nemcsak a robotoknál kamatoztathatók ugyanakkor a bőrszerű felületek előnyei: az orvosi műszerek és protézisek piacán is generációváltásra lehet majd számítani. „Célunk az emberi bőr utánzása, mely azonnal reagál a nyomásra és lehetővé teszi a tárgyak méretének, súlyának, hőmérsékletének, számos tulajdonságának megállapítását – legyen szó akár egy homokszemről” – mondta Zhenan Bao, a Stanford Egyetem vegyészmérnök professzora.

Bao eszközének magját dimetil-polisziloxán (PDMS) képezi, mely a legszélesebb körben használt szilícium alapú szerves polimer. Az anyag töltéstároló képessége egyenesen arányos a sűrűségével. Néhány évvel ezelőtt a Tokio Egyetem kutatói Takao Someya professzor vezetésével kihasználták a PDMS e tulajdonságát, és az anyagot hőszigetelő rétegként alkalmazták szerves flexibilis tranzisztorok előállításához, melyek nyomásérzékelőként működtek. De ezeknek az érzékelőknek még megvoltak a maguk korlátai: nyomás hatására a PDMS molekulák alakja megváltozott és sok időbe telt mire visszanyerték eredeti formájukat.

Bao ezt a problémát azzal kívánja orvosolni, hogy a polimerbe nanocső tömböket integrál, melyek az érinthető felületen helyezkednek el. Ezzel a megoldással az anyag gyorsan és rugalmasan nyeri vissza eredeti alakját, ami azt jelenti, hogy a gyorsan ismételt nyomásmérések sem jelentenek számára akadályt. A mikroszerkezetes kialakítás pedig csak tovább tökéletesíti az eszköz érzékenységét. A legenyhébb nyomás, amit az emberi bőr érzékelni képes 1 kPa – Bao eszközei ennél körülbelül ezerszer érzékenyebbek. Az elkészült prototípus hátránya, hogy működéséhez viszonylag magas feszültségigény párosul.

Ali Javey, a California Egyetem villamosmérnöki és informatikai karának professzora olyan szervetlen nanocsöves tranzisztor alapú tapintásérzékelőt fejlesztett, melynek energiaigénye jóval alacsonyabb a korábbiaknál. A tranzisztorok egy kereskedelmi forgalomban is kapható szén nanorészecskéket tartalmazó, vezetőképes gumihoz csatlakoznak. Amikor a gumi nyomás alá kerül, elektromos ellenállása megváltozik - ezt a tranzisztorok érzékelik. „A nanocsöveket aktív elektronikaként alkalmazzuk a tapintásérzékelő működtetése során.”

A nanocső tranzisztorok alacsony feszültségű működést és gyors kapcsolási sebességet biztosítanak egy flexibilis felületen. Míg Bao professzor eszközei körülbelül 20 voltos feszültségen működnek, Javey fejlesztése kevesebb, mint 5 V mellett teljesít. 

A Javey által készített érzékelő tömbök hozzávetőlegesen 50 cm² felülettel rendelkeznek, Bao professzor hengeres tranzisztortömbjei 10 centiméternél kevéssel nagyobb átmérővel készültek. Mindkét kutató leszögezte, hogy eszközeik méretét a technológia nem, csak a labor nyújtotta lehetőségek korlátozzák – Javey esetében a nyomtató mérete, Bao esetében pedig a PDMS formázására szolgáló öntőminta nagysága.

Mérnökbázis

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.