นักวิจัยในญี่ปุ่นได้พัฒนาแผ่นแปะผิวหนังเทียมขึ้นเป็นครั้งแรกซึ่งไม่ส่งผลต่อความไวต่อการสัมผัสของผิวหนังจริงที่อยู่ด้านล่าง เซ็นเซอร์แบบบางเฉียบแบบใหม่ซึ่งทำจากโครงสร้างนาโนเมชที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและไดอิเล็กทริกหลายชั้น สามารถนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น การทำเทียม การผ่าตัดโดยใช้หุ่นยนต์ช่วย ส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร และอุปกรณ์ตรวจสุขภาพที่สวมใส่ได้
ผิวหนังเป็นอวัยวะรับความรู้สึกที่ใหญ่ที่สุดของเรา
โดยมีเซลล์ประสาทจำนวนมากที่คอยติดตามสิ่งเร้าในสภาพแวดล้อมของเราอย่างต่อเนื่องและส่งข้อมูลนี้ไปยังสมอง ผิวหนังเทียมที่ดีต้องเลียนแบบความสามารถนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ หรือ e-skin จำเป็นต้องมีความไวสูงต่อการสัมผัส ในขณะเดียวกันก็ตอบสนองต่อแรงกดที่ใช้ได้อย่างรวดเร็ว
เพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ e-skin จำเป็นต้องรวมเซ็นเซอร์ที่มีความหนาแน่นสูง ไว้บนพื้นที่อย่างน้อย 50 ไมครอนเป็นอย่างน้อย แต่พวกเขายังต้องหลีกเลี่ยงการรบกวนการสัมผัสตามธรรมชาติของบุคคล และสิ่งนี้พิสูจน์ได้ยาก ตัวอย่างเช่น ปลายนิ้วของมนุษย์มีความอ่อนไหวมากจนแผ่นฟอยล์พลาสติกที่มีความหนาเพียงไม่กี่ไมครอนก็เพียงพอที่จะบั่นทอนความรู้สึกของบุคคล“เซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้สำหรับนิ้วของคุณจะต้องบางมาก” ซองฮุน ลีสมาชิกกลุ่มของทาคาโอะ โซเมยะจากมหาวิทยาลัยโตเกียวและผู้เขียนบทความอธิบาย “แต่เห็นได้ชัดว่ามันทำให้เปราะบางและอ่อนไหวต่อความเสียหายจากการถูหรือการกระทำทางกายภาพซ้ำๆ”
ด้วยเหตุผลนี้ Lee กล่าวเสริมว่า e-skin
ส่วนใหญ่ที่พัฒนามาจนถึงปัจจุบัน ซึ่งทำจากอาร์เรย์เซ็นเซอร์ของสายนาโนที่ประกอบเข้าด้วยกันหรือชั้นยางโครงสร้างจุลภาคที่เปลี่ยนความจุหรือความต้านทานตามแรงกดหรือแรง – ค่อนข้างหนาและเทอะทะ
สองชั้นในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์ที่พัฒนาโดย Someya, Lee และเพื่อนร่วมงานนั้นบางและมีรูพรุน ประกอบด้วยสองชั้น ทั้งสองทำโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโตรสปินนิ่ง และอิงตามการออกแบบที่เสนอโดย อากิฮิโตะ มิยาโมโตะ และเพื่อนร่วมงานใน ปี2560 ชั้นแรกเป็นโครงตาข่ายคล้ายฉนวนที่ประกอบด้วยเส้นใยโพลียูรีเทนที่มีความหนาประมาณ 200 ถึง 400 นาโนเมตร ประการที่สองคือเครือข่ายของเส้นที่ประกอบขึ้นเป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้ของอุปกรณ์ – ตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน สิ่งนี้ทำมาจากทองคำบนโครงรองรับของโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งมักพบในคอนแทคเลนส์ เมื่อชั้นนี้ถูกสร้างขึ้นแล้ว นักวิจัยจะล้าง PVA ทิ้งเพื่อให้เหลือเพียงการสนับสนุนทองคำ เซ็นเซอร์ความดันสำเร็จรูปมีความหนาประมาณ 13 ไมครอน
เมื่อนิ้วที่หุ้มด้วยเซ็นเซอร์จับวัตถุ ชั้นไดอิเล็กตริกนาโนเมชจะเปลี่ยนรูป ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความจุที่วัดระหว่างชั้นทั้งสอง เมื่อนักวิจัยประเมินความไวของอุปกรณ์ตามความชันของเส้นกราฟแรงดันการเปลี่ยนแปลงความจุ พวกเขาพบค่า (ของ 0.141 kPa -1ในช่วงแรงดันใช้งานต่ำที่น้อยกว่า 1 kPa และ 0.010 kPa -1ในความดันที่ใช้สูง ช่วงมากกว่า 10 kPa) ซึ่งเทียบได้กับแรงจับที่วัดด้วยนิ้วเปล่า
“เราทำการทดสอบเซ็นเซอร์ของเราอย่างเข้มงวดด้วยความช่วยเหลือจากอาสาสมัคร 18 คน” ลีกล่าว “พวกเขายืนยันว่าเซ็นเซอร์นั้นมองไม่เห็นและไม่ส่งผลต่อความสามารถในการจับวัตถุผ่านการเสียดสีหรือความไวที่รับรู้ได้เมื่อเทียบกับการทำงานเดียวกันโดยไม่ต้องติดเซ็นเซอร์ นี่คือผลลัพธ์ที่เราคาดหวังไว้อย่างแน่นอน”
แข็งแรงทนทานเพื่อประโยชน์เพิ่มเติม
นักวิจัยพบว่าเซ็นเซอร์ nanomesh ของพวกเขายังคงทำงานแม้หลังจากถูกบีบอัดซ้ำแล้วซ้ำอีก อันที่จริงความจุของอุปกรณ์เปลี่ยนไปเพียง 0.15% หลังจากถูกบีบ 1,000 ครั้งที่ 19.6 kPa ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรดทองคำยังค่อนข้างคงที่ในระหว่างการทดลองเหล่านี้ ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์แสดงปฏิกิริยาเหมือนมนุษย์ต่อแรงกด อุณหภูมิ และความเจ็บปวด
ข้อดีอีกอย่างของเซ็นเซอร์คือความต้านทานต่อแรงเสียดทาน: การทดสอบพบว่าสามารถถู 300 ครั้งด้วยวัตถุ 50 กรัม (เทียบเท่ากับแรงดันที่ใช้มากกว่า 100 kPa) โดยไม่ทำลาย ลักษณะทางไฟฟ้าของเซ็นเซอร์เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในระหว่างการทดสอบ และอุปกรณ์ยังคงไวต่อแรงกดแม้จะถูกลูบ
นักวิจัยที่รายงานงานของพวกเขาในScienceกล่าวว่าพวกเขาวางแผนที่จะเพิ่มจำนวนจุดตรวจจับในอุปกรณ์ของพวกเขาและกำหนดว่าความดันจะกระจายไปตามพื้นที่อย่างไร “เรายังหวังที่จะพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับอื่นๆ ที่มองไม่เห็นต่อไป เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความเครียด และความชื้น เพื่อให้ได้การตรวจจับหลายรูปแบบ” ลีบอก
พวกเขาพบว่าโหมดการกระจัดกระจายแบบสุ่มนั้นสังเกตได้เฉพาะสำหรับการฉายภาพแบบโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวาเท่านั้น ในขณะที่การฉายภาพแบบโพลาไรซ์แบบวงกลมด้านซ้ายไม่มีโหมดการกระเจิง จากนี้ พวกเขาสรุปว่าโหมดการกระจัดกระจายแบบสุ่มจะเกิดขึ้นสำหรับสถานะการหมุนของแสงเดียวเท่านั้น ในขณะที่อีกโหมดหนึ่งเดินทางผ่านสื่อโดยส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบจากความผิดปกติของระบบ
อนาคตของโฟโตนิกส์
แม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่สาขาโทโพโลยีโฟโตนิกส์ก็มีความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นสำหรับอนาคตของเทคโนโลยีที่ใช้แสง การใช้งานที่เป็นไปได้ของระบบโฟตอนที่ควบคุมด้วยสปินมีตั้งแต่เทคนิคการถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงไปจนถึงการดักจับอนุภาคขนาดเล็ก การทำความเข้าใจคุณสมบัติทอพอโลยีของแสงเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุต่างๆ จะช่วยให้นักวิจัยสามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งขึ้นได้ในอนาคต
Credit : aquilaadalberti.net arranjosdecosturatetyana.com arsdual.net asdcrecords.net attritionconsortium.com
