Yeni elektronik cilt: şeffaf, su geçirmez, gerilebilir ve kendi kendini onarabilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Singapur Ulusal Üniversitesi'nden bir bilim insanı ekibi, benzer işlevlere sahip elektronik bir cilt oluşturmak için denizanasından ilham aldı. Denizanası gibi, bu elektronik deri şeffaftır, gerilebilir, dokunmaya duyarlıdır ve su ortamında kendi kendini onarabilir. Su geçirmez dokunmatik ekranlardan suda yaşayan yumuşak robotlara kadar çeşitli alanlara uygulanabilir.
arka fon
Deri, insan vücudunun dış çevresiyle doğrudan temas ve etkileşimde bulunabilen insan vücudundaki en büyük organdır. Yumuşak deri dokusunun altına, sıcaklık, basınç ve hava akışı gibi harici bilgilerde gerçek zamanlı değişiklikleri elde edebilen devasa bir sensör ağı dağıtılır.
Elektronik cilt, gelişmekte olan en son teknolojidir. İnsan cildinin işlevlerini ve mekanik özelliklerini taklit eder, ince, şeffaf, esnek ve gerilebilir malzemelerden yapılmıştır.İnsan derisinin yüzeyine kolayca takılabilir ve kandaki oksijen konsantrasyonu ve alkol gibi insan fizyolojik sinyallerini algılayabilir. Yapay dokunsal algılama işlevlerini elde etmek için konsantrasyon vb. İle basınç, sıcaklık vb. Gibi dış çevresel uyaranlar. Günümüzde elektronik deri, tıbbi tedavi, robotik, yapay protezler ve giyilebilir teknoloji gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.
(Resim kaynağı: Tokyo Üniversitesi)
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Singapur Ulusal Üniversitesi'nden (NUS) bir bilim insanı ekibi, benzer işlevlere sahip elektronik bir cilt oluşturmak için denizanası gibi su altı omurgasızlarından ilham aldı. Denizanası gibi, bu elektronik deri şeffaftır, gerilebilir, dokunmaya duyarlıdır ve su ortamında kendi kendini onarabilir. Su geçirmez dokunmatik ekranlardan suda yaşayan yumuşak robotlara kadar çeşitli alanlara uygulanabilir.
Jel benzeri, suda yaşayan, gerilebilir, kendi kendini iyileştiren elektronik cilt tasarımı (resim kaynağı: referans [2])
Ulusal Singapur Mühendisliği Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Benjamin Tee ve ekibi, bu materyali Çin'deki Tsinghua Üniversitesi ve California Üniversitesi, Riverside'dan ortaklarla birlikte geliştirdi.
Yardımcı Doçent Tee (arka sıra, sağda) ve ekibi (Resim kaynağı: NUS)
Ekibin sekiz araştırmacısı bu materyali geliştirmek için bir yıldan fazla zaman harcadı. Ekibin buluşu ilk olarak 15 Şubat 2019'da Nature Electronics dergisinde yayınlandı.
Nature Electronics Journal'ın Kapağı (Kapak Tasarımı: Allen Beattie)
teknoloji
Yardımcı Doçent Tee, uzun yıllardır kendini elektronik cilt araştırmalarına adamıştır ve 2012 yılında ilk kendi kendini onaran elektronik cilt sensörünü geliştiren üyedir.
Bu araştırma alanındaki deneyim, elektronik cilt onarımı alanında üstesinden gelinemeyen temel engelleri yargılamasına olanak tanır. Günümüzde birçok kendi kendini iyileştiren malzemenin karşılaştığı en önemli zorluklardan biri, şeffaf olmaması ve ıslakken verimli çalışamamasıdır. Bu eksiklikler dokunmatik ekranlar gibi elektronik ürünlerde kullanılmasını engellemektedir çünkü bu elektronik ürünler Genellikle nemli hava koşullarında kullanılır. "
Şöyle devam etti: "Bu düşünceyle denizanasını incelemeye başladık. Denizanası şeffaftır ve nemli ortamları algılayabilir. Bu nedenle, denizanasının su itici özelliklerini taklit eden ve dokunmaya duyarlı yapay bir malzemenin nasıl yapılacağını bilmek istiyoruz. . "
Denizanası (Resim kaynağı: Wikipedia)
Çabaları başarılı oldu ve florokarbon bazlı bir polimer ve flor bakımından zengin bir iyonik sıvıdan oluşan bir jel oluşturdu. İkisi birleştirildiğinde, polimer ağı ve iyonik sıvı, oldukça tersine çevrilebilir bir iyonik dipol etkileşimi yoluyla etkileşime girer, böylece kendi kendini onarabilir.
Bu konfigürasyonun avantajlarını detaylandırmak için Yardımcı Doçent Tee şöyle açıkladı: Hidrojeller gibi çoğu iletken polimer jel, suya batırıldığında şişer veya havada zamanla kurur. Malzemelerimiz arasındaki fark, şeklini hem ıslak hem de kuru ortamlarda tutabilmesidir. Deniz suyunda ve hatta asidik veya alkali ortamlarda iyi çalışabilir. "
Elektronik dış yüzey malzemelerinin ayarlanabilir elektriksel ve mekanik özellikleri (resim kaynağı: referans [2])
Elektromekanik kendi kendine onarım işlevi (resim kaynağı: referans [2])
değer
Bu elektronik dış görünüm, yeni malzemelerin elektronik devrelere yazdırılmasıyla oluşturulur. Yumuşak ve gerilebilir bir malzeme olarak dokunulduğunda, bastırıldığında veya gerildiğinde elektriksel özellikleri değişecektir. Yardımcı Doçent Tee şunları ekledi: "Bu değişimi ölçebilir ve okunabilir bir elektrik sinyaline dönüştürebilir, böylece bir dizi farklı sensör uygulaması oluşturabiliriz."
Bu elektronik kaplamadan yapılan dokunma, basınç ve gerinim sensörleri (resim kaynağı: referans [2])
Yardımcı Doçent Tee şunları ekledi: Malzemelerimizin 3 boyutlu baskı yeteneği, robotik alanında kullanılabilecek tamamen şeffaf devre kartları oluşturma potansiyelini de gösteriyor. Bu malzemeyi yeni yumuşak robotik alanında kullanmayı umuyoruz. Çeşitli uygulamalar geliştirin. "
Yumuşak, gerilebilir, şeffaf, kendi kendini onaran PCB (resim kaynağı: referans [2])
Yazılım robotları ve esnek elektronik cihazlar, genel olarak biyolojik dokuları taklit etmeyi amaçlayarak, onları mekanik açıdan insan-bilgisayar etkileşimi için daha uygun hale getirir. Geleneksel yumuşak robot uygulamalarına ek olarak, bu yeni malzemenin su geçirmez teknolojisi onu amfibi robotların ve su geçirmez elektronik cihazların tasarlanmasında kullanışlı hale getirir.
Bu kendi kendini onaran elektronik cildin bir başka avantajı da çöpü azaltmasının beklenmesidir. Yardımcı Doçent Tee şöyle açıkladı: Dünyada her yıl zarar gören cep telefonları, tabletler ve diğer elektronik ürünlerden gelen milyonlarca ton e-atık üretiliyor. Akıllı malzemelerden üretilen elektronik cihazların kendi kendine tamir edebileceği bir gelecek yaratmayı umuyoruz. , Böylece dünyadaki elektronik atık miktarını azaltıyor. "
gelecek
Yardımcı Doçent Tee ve ekibi araştırmalarına devam edecek ve gelecekte bu materyalin olanaklarını daha da keşfetmeyi umacaklar. "Şu anda bu malzemenin kapsamlı özelliklerini yeni optoelektronik cihazlar üretmek için kullanıyoruz. Bu optoelektronik cihazların birçok yeni insan-makine iletişim arayüzünde kullanılması bekleniyor."
Anahtar kelime
Elektronik deri, robot, esnek elektronik, dokunmatik ekran
Referans
[1]
2 Yue Cao, Yu Jun Tan, Si Li, Wang Wei Lee, Hongchen Guo, Yongqing Cai, Chao Wang, Benjamin C.-K. Tee. Sucul ortamlar için kendi kendini iyileştiren elektronik kaplamalar. Nature Electronics, 2019; 2 ( 2): 75 DOI: 10.1038 / s41928-019-0206-5
