علمی، پژوهشی و فناوری

تحول در رباتیک با حسگر‌های نرم انعطاف پذیر از جنس سرامیک

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : محققان «آزمایشگاه سرامیک‌های با عملکرد بالا Empa» در سوئیس، مواد حسگر نرم بر پایه سرامیک طراحی کرده اند. 

آنها ذرات ریز سرامیک را در مواد پلاستیکی نرم و کششی تعبیه کرده و به این ترتیب توانستند حسگر‌هایی بسازند که می‌توانند فشار، دما و حتی فشار را احساس کنند. از این سرامیک‌های نرم می‌توان در توسعه رباتیک و پروتز استفاده کرد.

حسگر‌های مبتنی بر سرامیک 

دانش پژوهان ذرات سرامیکی را در یک ماتریس پلاستیکی انعطاف پذیر وارد کردند و از این رو توانستند آنها را به اشکال مختلف، از لایه‌های نازک گرفته تا ساختار‌های پیچیده سه بعدی، درآورند.

«فرانک کلمنز» «Frank Clemens» دانشمند علوم مواد و مجری این تحقیقات گفت: «ما با سیستم‌های به اصطلاح بسیار پُر کار می‌کنیم. از یک ماتریس ساخته شده از ترموپلاستیک استفاده کرده و آن را با حداکثر ذرات سرامیکی ممکن، پُر می‌کنیم بدون اینکه خاصیت ارتجاعی ماتریس به خطر بیفتد.»

رسانایی این حسگر با فاصله بین ذرات سرامیکی تغییر می‌کند که تحت تاثیر کشش، فشرده سازی یا دما قرار می‌گیرد. 

این مهندسان می‌گویند می‌توانند از چاپ سه بعدی برای توسعه حسگر‌ها استفاده کنند. چاپ سه بعدی اجازه می‌دهد تا حسگر‌های سرامیکی - مانند اعصاب - به مواد انعطاف پذیر اضافه شود. این حسگر‌ها را می‌توان در نقاط خاصی قرار داد تا مواردی مانند فشار یا دما را با دقت بسیار زیاد تشخیص دهد.

اکنون این محققان سوئیسی حسگر‌های نرمی تولید کرده اند که قادر به ارائه پاسخ‌های بسیار خاص هستند و در درجه اول به تغییرات فشار یا دما واکنش نشان می‌دهند.

آنها در آزمایش‌های خود، یک دست مصنوعی را به این حسگر‌های جدید مجهز کردند. این حسگر‌ها به دست مصنوعی اجازه دادند حرکت انگشت را حس کند و سطوح داغ را تشخیص دهد. این حساسیت پیشرفته می‌تواند برای ابزار‌های رباتیک و پروتز‌های انسانی مفید باشد.

آنها، تحقیقات خود را با ادغام حسگر‌های سرامیکی به سیستم‌های ماهیچه‌ای مصنوعی بیشتر کردند.

این پژوهشگران در پروژه جدید دیگری با محققان ETH زوریخ و دانشگاه توکیو برای ایجاد یک ربات هیبریدی زیستی همکاری کردند. این ربات می‌تواند حرکات خود را با استفاده از یک حسگر نرم و انعطاف پذیر که زیست سازگار است، حس کند. 

کلمنز اظهار داشت: «سیستم‌های روباتیک امروزی بزرگ، شلوغ و به ریخته و بسیار قوی هستند. آنها می‌توانند برای انسان خطرناک باشند.»

محققان تاکید دارند اگر می‌خواهیم ربات‌ها بدون خطر آسیب، در کنار انسان کار کنند، باید توانایی لمس و واکنش به موقع را به شکل حساسی از خود نشان دهند.

کلمنز افزود: «ما می‌خواهیم به ربات‌ها بازتاب مشابهی بدهیم.»

این تیم تحقیقاتی به طور فعال به دنبال مشارکت با شرکت‌های صنعتی برای توسعه و پیاده سازی سیستم‌های دستگیره رباتیک پیشرفته است.

حسگر‌های نرم این گروه، کاربرد‌هایی فراتر از رباتیک دارند. آنها با موسسه تحقیقاتی IDUN Technologies همکاری کرده اند تا الکترود‌های انعطاف پذیر برای اندازه گیری امواج مغزی ایجاد کنند و قابلیت خود را در زمینه پزشکی نشان دهند.

هدف آنها افزایش بیشتر حساسیت و هوشمندی این حسگر‌های سرامیکی نرم با ترکیب مواد نوآورانه است.