با کارکردی شبیه پوست؛ حسگری برای اندازه گیری فشار ساخته شد

به گزارش خبرگزاری مهر، تقاضای رو به افزایشی برای حسگرهای فشاری که قادر به تجزیه و تحلیل و شبیه سازی لمس انسان باشند، وجود دارد. یکی از چالش‌هایی که مهندسان با آن روبرو هستند، دشواری در ساخت نوعی حسگر مقرون‌به‌صرفه و بسیار حساس است که برای کاربردهایی مانند تشخیص پالس‌های ظریف و عملکرد اندام‌های روباتیک با وضوح فوق‌العاده ضروری هستند. تیمی از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا حسگری را توسعه داده‌اند که قادر به انجام تمام این کارها است.

لری چنگ که با جیمز ال. هندرسون جونیور، در این پروژه همکاری دارد، می‌گوید: این حسگر می‌تواند فشار کوچکی را تشخیص دهد. قیاسی که من دوست دارم از آن استفاده کنم این است که این حسگر مگس را روی یک فیل تشخیص می‌دهد. می‌تواند کوچکترین تغییر فشار را اندازه‌گیری کند، درست مانند کاری که پوست ما با لمس انجام می‌دهد.

چنگ برای توسعه این حسگر از یک تجربه بسیار شخصی الهام گرفت: تولد دومین دخترش. دختر چنگ بلافاصله پس از تولد ۱۰ درصد از وزن بدن خود را از دست داد، بنابراین دکتر از او خواست که هر دو روز یک بار نوزاد را وزن کند تا هرگونه کاهش یا افزایش وزن اضافی را کنترل کند. چنگ سعی کرد این کار را با وزن کردن خود بر روی یک ترازو معمولی خانگی انجام دهد و سپس خود را در حالی که دخترش را در آغوش گرفته بود وزن کرد تا وزن نوزاد را اندازه گیری کند.

چنگ گفت: من متوجه شدم که وقتی دخترم را در پتو انداختم و وزن کردم، با زمانی که دیگر او را در آغوش نمی‌گرفتم، تغییر وزن مشاهده نمی شود. به نظر می‌رسید که این ترازو برای چنین کاری، کار نمی‌کند و تغییر فشار را تشخیص نمی‌دهد.

پس از آزمودن بسیاری از روش‌های مختلف، آنها دریافتند که استفاده از یک حسگر فشار متشکل از میکروساختارهای هرمی و یک لایه یونی فوق‌العاده نازک برای ارائه پاسخ خازنی امیدوارکننده‌ترین روش است.

با این حال، یک مشکل مداوم وجود داشت که آنها با آن مواجه بودند. حساسیت بالای میکروساختارها با افزایش فشار کاهش می‌یابد و میکروساختارهای تصادفی که از اجسام طبیعی الگوبرداری شده‌اند منجر به تغییر شکل غیرقابل کنترل و محدوده خطی باریک می‌شوند. به عبارت ساده، هنگامی که فشار به حسگر اعمال می‌شود، شکل حسگر را تغییر می‌دهد و در نتیجه ناحیه تماس بین میکروساختارها را تغییر می‌دهد و خوانش‌ها را از بین می‌برد.

برای مقابله با این چالش‌ها، دانشمندان الگوهای میکروساختاری طراحی کردند که می‌توانند محدوده خطی را بدون کاهش حساسیت افزایش دهند، آنها این حسگر را انعطاف‌پذیر کردند، بنابراین همچنان می‌توانست در شیب فشارهای موجود در دنیای واقعی عمل کند.