ساخت حسگرهای نرم و منعطف برای ربات های پوشیدنی

حسگرهای ترکیبی سیلیکونی پارچه‌ای که در مؤسسه Wyss توسعه یافته‌اند بسیار انعطاف پذیر هستند و به خوبی حرکات بدن را تشخیص می‌دهند. این حسگرها در زمینه رباتیک و لباس‌های ورزشی که عملکرد فیزیکی ورزشکاران را ردیابی می‌کند یا دستگاه‌های بالینی نرم برای نظارت بر بیماران در خانه‌هایشان کاربرد دارد. برای آشنایی بیشتر با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

ساخت حسگرهای نرم و منعطف برای ربات های پوشیدنی

فناوری‌های پوشیدنی از نظارت بر ضربان قلب تا هدست‌های واقعیت مجازی در بین مصرف کنندگان و در فضای پژوهشی محبوبیت زیادی دارند. اما بیشتر حسگرهای الکترونیکی که اطلاعات را از پوشیدنی‌ها شناسایی و ارسال می‌کنند، از مواد سخت و انعطاف ناپذیر که حرکات طبیعی مصرف کننده و دقت اطلاعات جمع‌آوری شده را محدود می‌کند، ساخته شده‌اند. در حال حاضر گروهی از پژوهشگران مؤسسه Wyss در دانشگاه هاروارد یک حسگر خازنی بسیار حساس از سیلیکون و پارچه ایجاد کرده‌اند که همراه با بدن انسان حرکت کرده و با دقت حرکات بدن را شناسایی می‌کند.

Conor Walsh، دارای مدرک دکترا و عضو اصلی مؤسسه Wyss می‌گوید: «ما واقعاً در مورد این حسگر هیجان زده هستیم، زیرا با استفاده از پارچه در ساخت و ساز آن، به طور ذاتی برای ادغام با پارچه و ساخت رباتیک هوشمند مناسب است». Ozgur Atalay که دوره فوق دکتری را در مؤسسه Wyss می‌گذراند، می‌گوید: «افزون بر این، ما یک فرآیند تولید منحصر به فرد طراحی کرده‌ایم که این امکان را فراهم می‌آورد تا حسگرهایی با شکل سفارشی ایجاد کنیم که ویژگی‌های یکسانی را به اشتراک می‌گذارند و امکان ساخت سریع آنها برای یک کاربرد خاص فراهم است».

فناوری گروه Wyss شامل یک ورقه نازک از سیلیکون (ماده‌ای با هدایت ناچیز) است که بین دو لایه نقره‌ای و پارچه رسانا (یک ماده بسیار رسانا) قرار گرفته است و یک حسگر خازنی را تشکیل می‌دهد. این نوع حسگر با اندازه‌گیری تغییر ظرفیت یا توانایی نگه داشتن بار الکتریکی در میدان الکتریکی بین دو الکترود، حرکات را ثبت می‌کند.

ساخت حسگرهای نرم و منعطف برای ربات های پوشیدنی

این دستکش شامل حسگرهای نرم و قادر به ثبت حرکات هر انگشت به صورت جداگانه است

عملکرد فوق العاده این حسگر ترکیبی ناشی از فرآیند جدید تولید آن است که در آن پارچه به هر دو طرف هسته سیلیکونی با یک لایه اضافی از سیلیکون مایع متصل شده است. این روش اجازه می‌دهد تا سیلیکون برخی از شکاف‌های هوا را در پارچه پر کند. درواقع به طور مکانیکی پارچه با سیلیکون قفل شده و سطح موجود برای توزیع فشار و ذخیره سازی بار الکتریکی را افزایش می‌دهد. این حسگر ترکیبی سیلیکونی پارچه‌ای حساسیت به حرکات را با استفاده از ویژگی‌های هر دو ماده بهبود می‌بخشد. الیاف پارچه‌ای متصل به یکدیگر کمک می‌کند تا در هنگام کشش، تغییر شکل سیلیکون محدود شود و سیلیکون به پارچه اصلی کمک می‌کند تا به شکل اولیه بازگردد. در نهایت، سیم‌های نازک و انعطاف‌پذیر با نوار حرارتی به پارچه رسانا متصل می‌شوند. به این ترتیب اطلاعات الکتریکی بدون نیاز به رابط‌های سخت و حجیم از حسگر به یک مدار انتقال می‌یابد.

این گروه طراحی حسگر جدید خود را با انجام آزمایش‌های کششی انجام دادند که در آن اندازه‌گیری‌های مختلفی هنگام کشیده شدن حسگر توسط یک آزمایش کننده الکترومکانیکی انجام شده است. به طور کلی، زمانی که یک ماده الاستیکی کشیده می‌شود، طول آن افزایش می‌یابد در حالی که ضخامت و عرض آن کاهش می‌یابد. بنابراین کل مساحت مواد و درنتیجه ظرفیت آن ثابت می‌ماند. به طور شگفت انگیزی پژوهشگران دریافتند که سطح هدایت کننده حسگر آنها هنگام کشش بیشتر شده است و موجب شده ظرفیت خازن بیشتر از حد انتظار شود.

برای آزمایش توانایی این حسگر در یک سناریوی واقعی، گروه مجموعه‌ای از آنها را در یک دستکش برای اندازه‌گیری حرکات دست و انگشت در زمان واقعی جاسازی کرد. حسگرها با موفقیت قادر به تشخیص تغییرات خازنی در انگشتان فرد هنگام حرکت بودند و موقعیت نسبی انگشتان را در طول زمان نشان میدادند. حساسیت بیشتر این حسگر به این معنی است که توانایی تشخیص حرکات کوچک را دارد، همچون حرکت دادن یک انگشت به جای آن که تنها باز یا بسته شدن کل دست را تشخیص دهد.

گروه در مورد بسیاری از زمینه‌ها که این فناوری می‌تواند در آن توسعه دهنده باشد، هیجان زده هستند. Walsh می‌گوید: «این کار نشان دهنده علاقه ما به استفاده از فناوری نساجی در سامانه‌های رباتیک است و ما کاربرد‌های امیدوار کننده‌ای برای این فناوری می‌بینیم، از جمله لباس‌های ورزشی که عملکرد فیزیکی ورزشکاران را ردیابی می‌کند یا دستگاه‌های بالینی نرم برای نظارت بر بیماران در خانه‌هایشان. افزون بر این، این حسگرها هنگام ترکیب با محرک‌های نرم پارچه‌ای، سامانه‌های جدید رباتیک را قادر می‌سازند تا شبیه لباس محدودیتی برای حرکات کاربر نداشته باشند».


بیشتر بخوانید:

>>ساخت ماده انعطاف‌پذیر خودترمیم شونده برای فناوری‌های پوشیدنی

>>تراشه حافظه مغناطیسی ویژه نصب روی ابزارهای پوشیدنی انعطاف‌پذیر ساخته شد


منبع: wyss.harvard.edu

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *