جلد إلكتروني مرن مثل جلد التمساح

ترأس الفريق الذي يقف وراء البحث البروفيسور كيلوون تشو، والدكتور جيون لي، والدكتور جونغهيون سون من قسم الهندسة الكيميائية في POSTECH، إلى جانب فريق بقيادة البروفيسور سيونغ جو لي من قسم الكيمياء في جامعة أولسان. لقد استوحوا الإلهام من العضو الحسي الفريد لجلد التمساح وطوروا أجهزة استشعار للضغط ذات قبب صغيرة وأسطح مجعدة. وكانت النتيجة مستشعر ضغط قابل للتمدد في كل الاتجاهات.

التماسيح، وهي حيوانات مفترسة هائلة تقضي معظم وقتها تحت الماء، تمتلك قدرة رائعة على استشعار الموجات الصغيرة وكشف اتجاه فرائسها. أصبحت هذه القدرة ممكنة بفضل عضو حسي متطور وحساس للغاية موجود على جلدهم. يتكون العضو من نتوءات حسية نصف كروية مرتبة بنمط متكرر مع مفصلات مجعدة بينها. عندما يحرك التمساح جسمه، تتشوه المفصلات بينما يظل الجزء الحسي غير متأثر بالتشوهات الميكانيكية، مما يمكّن التمساح من الحفاظ على مستوى استثنائي من الحساسية للمنبهات الخارجية أثناء السباحة أو الصيد تحت الماء.

نجح فريق البحث في محاكاة بنية ووظيفة العضو الحسي للتمساح لتطوير مستشعر ضغط قابل للتمدد بدرجة كبيرة. ومن خلال اختراع بوليمر مطاطي نصف كروي مع تجاعيد دقيقة تحتوي إما على أسلاك نانوية طويلة أو قصيرة، فقد ابتكروا جهازًا يتفوق في الأداء على مستشعرات الضغط المتوفرة حاليًا. وفي حين تفقد أجهزة الاستشعار الأخرى حساسيتها عند تعرضها لتشوهات ميكانيكية، فإن هذا المستشعر الجديد يحافظ على حساسيته حتى عند تمديده في اتجاه أو اتجاهين مختلفين.

بفضل البنية الدقيقة المتجعدة على سطحه، يمكن للمستشعر الحفاظ على حساسية عالية للضغط حتى عند تعرضه لتشوه كبير. عند تطبيق قوة ميكانيكية خارجية، ينفتح الهيكل المتجعد، مما يقلل الضغط على منطقة الاستشعار في نصف الكرة الأرضية المسؤولة عن اكتشاف الضغط المطبق. يتيح تقليل الضغط هذا للمستشعر الحفاظ على حساسية الضغط حتى في ظل التشوهات. ونتيجة لذلك، يُظهر المستشعر الجديد حساسية استثنائية للضغط، حتى عند تمديده بنسبة تصل إلى 100% في اتجاه واحد و50% في اتجاهين مختلفين.

قام فريق البحث بتطوير مستشعر ضغط قابل للتمدد ومناسب لمجموعة واسعة من الأجهزة القابلة للارتداء ذات التطبيقات المتنوعة. ولتقييم أدائه، قام الباحثون بتثبيت المستشعر على تمساح بلاستيكي ثم غمروه في الماء. ومن المثير للاهتمام أن المستشعر المثبت كان قادرًا على اكتشاف موجات الماء الصغيرة، مما أدى بنجاح إلى تكرار قدرات الاستشعار للعضو الحسي للتمساح.

وأوضح البروفيسور تشو الذي قاد الفريق: 'هذا مستشعر ضغط يمكن ارتداؤه ويكتشف الضغط بشكل فعال حتى عندما يكون تحت إجهاد الشد'. وأضاف: 'يمكن استخدامه في تطبيقات متنوعة مثل أجهزة استشعار الضغط للأطراف الصناعية، والجلد الإلكتروني للروبوتات الناعمة، والواقع الافتراضي، والواقع المعزز، وواجهات الإنسان والآلة'.

أجريت الدراسة بدعم من مؤسسة البحوث الوطنية الكورية التابعة لوزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات وبرنامج معاهد البحوث الرئيسية في الجامعات التابع لوزارة التعليم. ظهرت الورقة التي توضح نتائج البحث على غلاف مجلة صغير.