ساخت پوست الکترونیکی جدید با حس مغناطیسی

دانشمندان یک آزمایشگاه تحقیقاتی در آلمان موفق به توسعه پوست الکترونیکی (e-skin) فوق نازک و انعطاف‌پذیری شده‌اند که می‌تواند میدان‌های مغناطیسی را با استفاده از یک حسگر جهانی تشخیص داده و ردیابی کند.

برخلاف طراحی‌های پیشین که نیازمند حسگر‌ها و مدار‌های متعدد بودند، این پوست الکترونیکی جدید کارآمدتر بوده و نحوه تعامل پوست انسان با مغز را شبیه‌سازی می‌کند. این نوآوری به تعاملات بدون لمس نیز امکان می‌دهد، به این معنا که کاربران می‌توانند در محیط‌های مرطوب، شرایط سخت، یا محیط‌های حساس مانند آزمایشگاه‌های استریل، بدون نیاز به تماس فیزیکی، دستگاه‌ها را کنترل کنند.

این فناوری پتانسیل بالایی برای مجهز کردن ربات‌ها به حس لامسه از طریق میدان‌های مغناطیسی دارد و همچنین به انسان‌ها این امکان را می‌دهد که بدون نیاز به کنترل‌کننده‌های فیزیکی، در محیط‌های دیجیتالی (مانند واقعیت مجازی) تعامل داشته باشند. علاوه بر این، این پوست الکترونیکی می‌تواند به افراد دارای ناتوانی‌های حسی کمک کند تا برخی از قابلیت‌های از دست‌رفته خود را بازیابند.

پوست‌های الکترونیکی سنتی معمولاً به حسگر‌های متعدد، باتری‌ها و قطعات الکترونیکی وابسته‌اند که باعث حجیم شدن، مصرف انرژی بالا و کاهش کارایی آنها می‌شود. برای حل این مشکلات، محققان این مدل جدید را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که شباهت بیشتری به پوست طبیعی انسان داشته باشد.

سه جزء اصلی این پوست الکترونیکی:

۱. غشای فوق نازک و انعطاف‌پذیر: این غشا ساختار پایه‌ای پوست الکترونیکی را تشکیل می‌دهد. این ماده سبک، شفاف و قابل تنفس است که به هوا و رطوبت اجازه عبور می‌دهد تا پوست طبیعی زیر آن دچار مشکل نشود.

۲. لایه مغناطیسی حساس: این لایه تمام سطح پوست الکترونیکی را می‌پوشاند و میدان‌های مغناطیسی را شناسایی و پردازش می‌کند. عملکرد آن مشابه نحوه ارسال سیگنال‌های حسی از پوست به مغز انسان است.

۳. واحد پردازش مرکزی: هنگامی که این پوست الکترونیکی به یک منبع مغناطیسی نزدیک می‌شود، لایه مغناطیسی حساس واکنش نشان داده و مقاومت الکتریکی ماده تغییر می‌کند. این تغییر توسط واحد پردازش مرکزی دریافت شده و محل دقیق منبع مغناطیسی تعیین می‌شود.

به گفته نویسندگان این مطالعه، این فناوری از آنجایی که از یک سطح حسگر یکپارچه و یک واحد پردازش مرکزی بهره می‌برد، عملکردی مشابه پوست و مغز انسان دارد.

دقت بالای تشخیص از طریق پردازش سیگنال مبتنی بر توموگرافی

برای افزایش دقت در شناسایی منابع مغناطیسی، این پوست الکترونیکی از روشی مبتنی بر پردازش سیگنال توموگرافی استفاده می‌کند. این رویکرد که از فناوری‌های تصویربرداری پزشکی مانند MRI و سی‌تی‌اسکن الهام گرفته شده است، داده‌ها را از زوایای مختلف تحلیل کرده و تصویری دقیق از موقعیت میدان مغناطیسی ارائه می‌دهد.

پاولُو ماکوشکو، پژوهشگر ارشد این مطالعه از مرکز تحقیقاتی Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)، این پیشرفت را یک دستاورد فنی مهم می‌داند. وی اظهار داشت که پیش از این، پوست‌های الکترونیکی مجهز به حسگر‌های میدان مغناطیسی از این فناوری استفاده نکرده بودند، زیرا حساسیت آن برای این کاربرد‌ها ناکافی در نظر گرفته می‌شد. اما در این تحقیق، اثربخشی این روش به‌طور تجربی تأیید شده است.

کاربرد‌های گسترده پوست الکترونیکی جدید

یکی از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد پوست الکترونیکی توسعه‌یافته در HZDR این است که نحوه همکاری پوست و مغز در پردازش حس لامسه را تقلید می‌کند. بسیاری از نمونه‌های پیشین در ردیابی دقیق میدان‌های مغناطیسی دچار مشکل بودند، زیرا مواد سنتی دارای کنتراست سیگنال پایینی بودند. اما روش توموگرافی این مشکل را برطرف کرده است. علاوه بر این، این فناوری هم برای انسان‌ها و هم برای ماشین‌ها قابل استفاده بوده و آن را به یک نوآوری بسیار کاربردی تبدیل می‌کند.

برای مثال، فرد می‌تواند با یک تکه آهنربا که روی دستکش متصل شده است، تلفن همراه خود را در هوای بسیار سرد یا در هنگام بارش شدید باران کنترل کند. همچنین، یک پوست الکترونیکی با حس لامسه شبیه انسان و حساسیت مغناطیسی بالا می‌تواند قابلیت‌های ربات‌ها را برای انجام کار‌هایی مانند آشپزی، عملیات نجات، اکتشافات اعماق دریا و مراقبت از بیماران بهبود بخشد.

علاوه بر این، به گفته محققان، افراد نابینا با استفاده از این سیستم مغناطیسی می‌توانند دامنه درک خود را افزایش دهند و افراد دارای پروتز‌های دست می‌توانند به‌راحتی با تلفن‌های هوشمند تعامل داشته باشند، بدون اینکه مشکل عدم توانایی لمس صفحات لمسی خازنی را تجربه کنند.

انتهای پیام/