حسگر نانویی جدید، ابزار همه‌کاره پایش بدن از ضربان قلب تا حرکت مفاصل

پژوهشگران دانشگاه پکینگ با استفاده از نانولوله‌های کربنی، حسگری منعطف توسعه داده‌اند که می‌تواند نیروها و تغییرشکل‌ها را در چند جهت تشخیص دهد؛ قابلیتی که نویدبخش نسل جدیدی از ابزارهای پوشیدنی، ربات‌های هوشمند و دستگاه‌های پایش سلامت است.

کد خبر: ۷۹۹۲۶۳

تاریخ: ۱۵ ارديبهشت ۱۴۰۴ - ۰۹:۴۱

به گزارش روز دوشنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در سال‌های اخیر، توسعه حسگرهای الکترونیکی منعطف و کوچک، دریچه‌ای تازه به دنیای تجهیزات پوشیدنی و پزشکی باز کرده است.

حسگرهای کششی، به‌ویژه در تشخیص حرکات بدن، ضربان قلب و دیگر سیگنال‌های زیستی کاربرد وسیعی یافته‌اند. اما بیشتر این حسگرها تنها توانایی شناسایی تغییر شکل در یک جهت را دارند، که استفاده آن‌ها را در موقعیت‌های پیچیده محدود می‌کند.

در همین راستا، گروهی از پژوهشگران در دانشگاه پکینگ (Peking University)، موفق به ساخت حسگر کششی پیشرفته‌ای شده‌اند که با بهره‌گیری از نانولوله‌های کربنی، قادر است تغییرشکل‌ها را در چندین جهت به‌صورت دقیق تشخیص دهد. یافته‌های این پژوهش در مجله ACS Sensors منتشر شده است.

حسگرهای چندجهته همواره یکی از اهداف بلندپروازانه در حوزه الکترونیک پوشیدنی بوده‌اند. دکتر «یونگشنگ یانگ» (Yongsheng Yang)، «چینچی رن» (Qinqi Ren) و همکارانشان در مقاله خود می‌نویسند: «امروزه بیشتر حسگرها تنها توانایی تشخیص حرکت در یک جهت را دارند و از تحلیل تغییرشکل‌های چندجهته در دنیای واقعی ناتوان‌اند. ساخت یک حسگر واحد که بتواند این وظیفه را انجام دهد، همواره خواسته‌ای بزرگ و چالشی دشوار بوده است.»

برای ساخت این حسگر پیشرفته، این تیم تحقیقاتی ابتدا نانولوله‌های کربنی عمودبرسطح را روی ویفری از جنس سیلیکون رشد دادند. سپس با یک فرآیند نوآورانه موسوم به «غلتاندن در یک مرحله» این ساختار نانولوله‌ای را به بستری منعطف از جنس اکوفلکس (Ecoflex) منتقل کردند.

طراحی الگوی نانولوله‌ها و نحوه غلتش باعث شکل‌گیری مسیرهای رسانای متفاوت در جهات مختلف شد. این مسیرها امکان تشخیص جهت‌های گوناگون تغییر شکل مکانیکی را فراهم می‌کنند.

در آزمون‌های انجام‌شده، حسگر جدید توانست عملکرد بسیار دقیقی از خود نشان دهد:

محدوده عملکرد وسیع: از صفر تا ۱۲۰٪ تغییر طول

حساسیت بالا: ضریب گیج (Gauge Factor) برابر با ۱۲۶.۶

پاسخ‌دهی سریع: تنها ۶۴ میلی‌ثانیه

پایداری بالا: بیش از ۴۰۰۰ چرخه کشش در شرایط ۴۰٪ تغییر شکل

این ویژگی‌ها موجب می‌شود حسگر مذکور قابلیت تشخیص حرکات ظریف بدن تا تغییرشکل‌های شدید را داشته باشد و از حرکت انگشتان گرفته تا کشش مفاصل یا حتی نشانه‌های فیزیولوژیکی همچون ضربان قلب یا تنفس را بتوان با آن رصد کرد.

کاربردهای این حسگر منحصر به پایش سلامت نیست. بر اساس گزارش منتشر شده، این فناوری پتانسیل بالایی برای استفاده در رابط‌های تعامل انسان و ماشین (HCI)، ربات‌های هوشمند و اندام مصنوعی، ساعت‌های هوشمند و ردیاب‌های تناسب اندام و پایش سلامت بیماران در محل (In-situ monitoring) را دارد و می‌تواند گامی مهم در شخصی‌سازی تجهیزات پزشکی، بهبود عملکرد پروتزها و طراحی ربات‌های حساس به حرکت باشد.