جهاز الاستشعار الذكي للمنسوجات يحميها من الغسالات والتلف
جهاز الاستشعار الذكي للمنسوجات يحميها من الغسالات والتلف
فكر في قميصك المفضل، القميص الذي ارتدته مائة مرة. لقد غسلته مرات أكثر مما تتذكره، وانسكبت عليه العصير، وشدته، وفتتته، وربما حتى حرقته بالنار مرة واحدة.
نحن نرتدي ملابسنا كثيرًا وإذا كانت المنسوجات الذكية في المستقبل ستنجو من كل ما نرميها عليها، فستحتاج مكوناتها إلى المرونة.
الآن، طور باحثون من كلية هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية ومعهد Wyss للهندسة المستوحاة بيولوجيًا حساسًا شديد الحساسية ومرنًا للإجهاد يمكن تضمينه في المنسوجات والأنظمة الروبوتية اللينة.
نُشر البحث في مجلة Nature.
قال Oluwaseun Araromi. باحث مشارك في علوم المواد والهندسة الميكانيكية في SEAS ومعهد Wyss والمؤلف الأول للورقة: “مقاييس الإجهاد اللينة الحالية حساسة حقًا ولكنها أيضًا هشة حقًا”. “المشكلة هي أننا نعمل في نموذج تناقض متناقض. أجهزة الاستشعار عالية الحساسية عادة ما تكون هشة للغاية والمستشعرات القوية جدًا ليست حساسة للغاية في العادة. لذلك، نحتاج إلى إيجاد آليات يمكن أن توفر لنا ما يكفي من كل خاصية.”
في النهاية، ابتكر الباحثون تصميمًا يشبه إلى حد كبير ويتصرف مثل Slinky.
قال أرارومي: “السلينكي هي أسطوانة صلبة من المعدن الصلب ولكن إذا قمت بنقشها في هذا الشكل الحلزوني. فإنها تصبح قابلة للمط”. “هذا ما فعلناه هنا بشكل أساسي. لقد بدأنا بمواد صلبة، في هذه الحالة ألياف الكربون، وصممناها بطريقة تجعل المادة قابلة للتمدد.”
يُعرف هذا النمط بالتعرج السربنتين، لأن صعوده وهبوطه الحاد يشبه انزلاق الثعبان. يتم بعد ذلك وضع ألياف الكربون الموصلة المنقوشة بين ركيزتين مرنتين مرنين مسبقًا.
تتغير الموصلية الكهربائية الإجمالية للمستشعر عندما تنفصل حواف ألياف الكربون المنقوشة عن بعضها البعض، على غرار الطريقة التي تنفصل بها الحلزونات الفردية للجنزير مع بعضها البعض عند سحب كلا الطرفين. تحدث هذه العملية حتى مع وجود كميات صغيرة من الإجهاد، وهو مفتاح الحساسية العالية للمستشعر.
على عكس أجهزة الاستشعار الحالية شديدة الحساسية والمط، والتي تعتمد على مواد غريبة مثل السيليكون أو الأسلاك النانوية الذهبية، لا يتطلب هذا المستشعر تقنيات تصنيع خاصة أو حتى غرفة نظيفة. يمكن صنعه باستخدام أي مادة موصلة.
اختبر الباحثون مرونة المستشعر عن طريق طعنه بمشرط، وضربه بمطرقة ودهسه بالسيارة، وإلقائه في الغسالة عشر مرات. خرج المستشعر من كل اختبار سالماً.
إثبات الحساسية
لإثبات حساسيته، قام الباحثون بدمج المستشعر في غطاء ذراع من القماش وطلبوا من المشاركين القيام بإيماءات مختلفة بيدهم، بما في ذلك قبضة اليد، وحركة القرص. اكتشفت المستشعرات تغييرات طفيفة في عضلة الساعد من خلال النسيج وتمكنت خوارزمية التعلم الآلي من تصنيف هذه الإيماءات بنجاح.
قال أرارومي: “إن ميزات المرونة والقوة الميكانيكية هذه تضع هذا المستشعر في معسكر جديد تمامًا”.
يمكن استخدام مثل هذا الكم في كل شيء من محاكاة الواقع الافتراضي والملابس الرياضية إلى التشخيصات السريرية للأمراض التنكسية العصبية مثل مرض باركنسون.
قال روبرت وود، أستاذ الهندسة والعلوم التطبيقية في تشارلز ريفر في SEAS وكبير مؤلفي الدراسة: “إن الجمع بين الحساسية العالية والمرونة فوائد واضحة لهذا النوع من أجهزة الاستشعار”. “ولكن هناك جانب آخر يميز هذه التكنولوجيا وهو التكلفة المنخفضة للمواد المكونة وطرق التجميع. ونأمل أن يقلل هذا من الحواجز التي تحول دون انتشار هذه التقنية في المنسوجات الذكية وما وراءها.”
يقول كونور والش، أستاذ الهندسة والعلوم التطبيقية بول أ.مايدر في SEAS والمؤلف المشارك للدراسة: “نحن نستكشف حاليًا كيف يمكن دمج هذا المستشعر في الملابس بسبب الواجهة الحميمة لجسم الإنسان التي يوفرها”. “سيمكن هذا تطبيقات جديدة مثيرة من خلال القدرة على إجراء قياسات بيوميكانيكية وفسيولوجية طوال يوم الشخص، غير ممكن مع الأساليب الحالية.”
يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا
للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا
