חומר חדש שתוכנן על ידי חוקרים בפקולטה למדעים הנדסיים ואוניברסיטת טורונטו באוניברסיטת טורונטו משלב את גמישות עור האדם עם מוליכות משופרת וסובלנות לטמפרטורות הנמוכות מ -93 מעלות צלזיוס.
החומר המכונה עור יוני, או iSkin, יכול לשפר מגוון רחב של טכנולוגיות - החל מאלקטרוניקה לבישה ועד רובוטיקה רכה. החומר, השייך למשפחת חומרים הנקראים הידרוג'לים.
"הידרוג'לים הם פולימרים צולבים שמסוגלים להחזיק הרבה מים בתוך המבנים הכימיים שלהם", אומר בינבין יינג, שמסיים כעת עבודות פוסט-דוקטורט ב- MIT אך הוביל את עיצוב החומר תוך לימודי תואר שני באוניברסיטת מקגיל. ובמקביל עובד כסטודנט דוקטור אורח במעבדה של פרופסור הנדסת U T שיניו ליו.
"רבות מהרקמות בגופנו הן הידרוגלים, ולכן הן משמשות לעתים קרובות ביישומים בהם ישנה חשיבות לתאימות ביולוגית כגון קוסמטיקה או הנדסת רקמות. אבל אם אנחנו רוצים להשתמש בהם באלקטרוניקה רכה, גמישה או לבישה, עלינו להוסיף פונקציות חדשות כמו מתיחות מכנית ומוליכות חשמלית. "
בשנה שעברה חשפו יינג וליו איטרציה מוקדמת יותר של iSkin שהראתה חלק מהיכולות שלה: היא מופעלת בעצמה, לא רעילה ויכולה להימתח עד 400 אחוזים מהגודל המקורי שלה.
והכי חשוב, כיפוף החומר יוצר שינוי פרופורציונאלי במוליכותו. זה מאפשר לה להמיר תנועה פיזית לאות חשמלי אנלוגי.
"פיזיותרפיסט יכול להדביק אותו על הברך או על המרפק שלך כדי למדוד מתי וכמה המפרק שלך זז", אומר ליו. "ציפינו אותו גם על כפפה, ומאפשרים לנו למדוד תנועות ידיים ולעקוב אחריהן, שבתורן ניתן להשתמש בהן לשליטה ברובוט. זוהי דרך מאוד תכליתית להקל על כל מיני אינטראקציות בין אדם למכונה ".
עם תרומות של סטודנטים לתואר ראשון ריאן צ'ן, רנזה זו והמועמד לתואר שלישי ז'אנפנג ג'ואו, החוקרים בוחנים יישומים נוספים של iSkin. לדוגמה, הוספת תיקוני החומר לתופס מכני מספקת קבוצה של אותות משוב ייחודיים לכל פריט הנאחז. ניתוח שילובי האותות יכול לאחר מכן לאפשר לרובוט "להרגיש" מה הוא קולט. בשילוב עם אלגוריתמים של בינה מלאכותית, הרובוט יכול אפילו ללמוד להבחין בין פריטים קשים מול רכים, עגולים מול קוביים וכו ' - ולמיין אותם כראוי.
עד כה סבלה iSkin מחסרון המשותף לכל ההידרוג'לים: כאשר המים בתוכו קופאים, גבישי הקרח המתקבלים עלולים לגרום נזק חמור למטריצת הפולימר המורכבת. אוויר קריר ויבש יכול גם למצוץ את המים הנוזלים שנותרו מתוך ההידרוג'ל.
יינג וחברי הצוות שלו טיפלו בבעיה על ידי הוספת גליצרול, כימיקל לא רעיל הנפוץ בכל דבר, החל ממזונות ועד ג'ל לשיער. לאחר בדיקה קפדנית של מאות מתכונים אפשריים, הם פיתחו ניסוח iSkin חדש המגביר את סובלנות הקור מבלי לוותר על התכונות השימושיות האחרות של החומר.
כבונוס נוסף, הניסוח החדש מאפשר להידרוג'ל להיצמד אפילו יותר בקלות הן לעור, לבגדים והן לחומרים אחרים.
"הדבקנו אותו מבחוץ לז'קט ויצאנו לחורף של טורונטו, שם היה 10 מעלות מתחת לאפס", אומר יינג. "הצלחנו לבצע את אותם סוגים של מדידות כמו שעשינו במעבדה."
סובלנות לקור ודביקות משופרת מגדילים עוד יותר את רשימת היישומים האפשריים לחומר. לדוגמה, הלוח המכני המיון יכול לפעול כעת במתקן אחסון בטמפרטורות נמוכות, שם לא יהיה נוח לאדם לעבוד.
הצוות מדמיין גם אפשרויות אחרות, כולל רכות רובוטים נועד לטפס על שטח מחוספס בסביבות ארקטיות. בעתיד הם מתכננים להמשיך ולפתח את החומר ולמזער אותו.