Toronto Üniversitesi Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Fakültesi'ndeki araştırmacılar tarafından tasarlanan yeni bir malzeme, insan derisinin esnekliğini gelişmiş iletkenlik ve -93 C'ye kadar düşük sıcaklıklara toleransla birleştiriyor.
İyonik cilt veya iSkin olarak bilinen madde, giyilebilir elektroniklerden yumuşak robotlara kadar çok çeşitli teknolojileri geliştirebilir. Hidrojeller adı verilen bir malzeme ailesine ait olan madde.
Şu anda MIT'de doktora sonrası çalışmalarını tamamlayan ancak McGill Üniversitesi'nde yüksek lisans çalışmalarına devam ederken malzemenin tasarımına öncülük eden Binbin Ying, "Hidrojeller, kimyasal yapıları içinde çok fazla su tutabilen çapraz bağlı polimerlerdir" diyor. ve aynı zamanda U Mühendislik Profesörü Xinyu Liu'nun laboratuvarında misafir doktora öğrencisi olarak çalışıyor.
"Vücudumuzdaki dokuların çoğu hidrojeldir, dolayısıyla kozmetik veya doku mühendisliği gibi biyouyumluluğun önemli olduğu uygulamalarda sıklıkla kullanılırlar. Ancak bunları yumuşak, esnek veya giyilebilir elektroniklerde kullanmak istiyorsak mekanik gerilebilirlik ve elektriksel iletkenlik gibi yeni işlevler eklememiz gerekiyor."
Geçen yıl Ying ve Liu, iSkin'in bazı yeteneklerini gösteren daha eski bir versiyonunu tanıttı: Kendi kendine güç alıyor, toksik değil ve orijinal boyutunun yüzde 400'üne kadar esneyebiliyor.
En önemlisi malzemenin bükülmesi iletkenliğinde orantılı bir değişiklik yaratır. Bu, fiziksel hareketi benzer bir elektrik sinyaline dönüştürmesini sağlar.
Liu, "Bir fizyoterapist, ekleminizin ne zaman ve ne kadar hareket ettiğini ölçmek için onu dizinize veya dirseğinize yapıştırabilir" diyor. "Ayrıca onu bir eldivenle de kapladık, böylece el hareketlerini ölçüp takip edebiliyoruz, bu da bir robotu kontrol etmek için kullanılabiliyor. Her türlü insan-makine etkileşimini kolaylaştırmanın çok yönlü bir yolu.”
Lisans öğrencileri Ryan Chen, Runze Zuo ve doktora adayı Zhanfeng Zhou'nun katkılarıyla araştırmacılar, iSkin'in diğer uygulamalarını araştırıyorlar. Örneğin, mekanik bir kavrayıcıya malzeme parçalarının eklenmesi, tutulan her bir öğeye özgü bir dizi geri bildirim sinyali sağlar. Sinyal kombinasyonlarını analiz etmek, robotun aldığı şeyi "hissetmesini" sağlayabilir. Yapay zeka algoritmalarıyla birlikte robot, sert ve yumuşak, yuvarlak ve kübik vb. öğeler arasında ayrım yapmayı ve bunları uygun şekilde sıralamayı bile öğrenebilir.
Şimdiye kadar iSkin'in tüm hidrojellerde ortak olan bir dezavantajı vardı: İçindeki su donduğunda ortaya çıkan buz kristalleri, karmaşık polimer matrisine ciddi zarar verebilir. Soğuk ve kuru hava, hidrojelden kalan sıvı suyu da emebilir.
Ying ve ekip üyeleri, gıdalardan saç jölelerine kadar her şeyde yaygın olarak kullanılan, toksik olmayan bir kimyasal olan gliserol ekleyerek sorunu çözdüler. Yüzlerce olası tarifi dikkatlice test ettikten sonra, malzemenin diğer yararlı özelliklerinden ödün vermeden soğuğa toleransı artıran yeni bir iSkin formülasyonu geliştirdiler.
Ek bir avantaj olarak yeni formülasyon, hidrojelin hem cilde, hem giysilere hem de diğer malzemelere daha kolay yapışmasını sağlar.
Ying, "Bunu bir ceketin dışına yapıştırdık ve sıfırın altında 10 derece olan Toronto kışına doğru yürüdük" diyor. "Laboratuvarda yaptığımız ölçümlerin aynısını alabildik."
Soğuğa dayanıklılık ve geliştirilmiş yapışkanlık, malzemenin olası uygulama listesini daha da artırır. Örneğin, ayırma mekanik kıskacı artık bir insanın çalışmasının rahatsız olacağı düşük sıcaklıktaki bir depolama tesisinde çalışabilir.
Ekip aynı zamanda yumuşak çözümler de dahil olmak üzere başka olasılıklar da öngörüyor. robotlar kutup ortamlarındaki engebeli araziye tırmanmak için tasarlandı. Gelecekte materyali geliştirmeye ve potansiyel olarak minyatürleştirmeye devam etmeyi planlıyorlar.