نوک انگشت انسان ابزار بسیار حساسی برای درک اجسام در محیط ما از طریق حس لامسه است. بر اساس مقاله اخیر منتشر شده در ژورنال Cell Reports Physical Science، تیمی از دانشمندان چینی مکانیسم ادراکی زیرین را تقلید کرده اند تا انگشت های هوشمند با یک سیستم بازخورد لمسی یکپارچه ایجاد کنند که قادر به ضربه زدن به اجسام پیچیده برای ترسیم جزئیات زیر لایه سطحی است.
یکی از نویسندگان جیانی لو از دانشگاه وویی گفت: “ما از انگشتان انسان الهام گرفته ایم، انگشتانی که حساس ترین درک لمسی را دارند که می شناسیم.به عنوان مثال، وقتی بدن خود را با انگشتان خود لمس می کنیم، می توانیم نه تنها بافت پوست خود، بلکه طرح کلی استخوان زیر آن را نیز حس کنیم.این فناوری لمسی راهی غیر نوری را برای آزمایشهای غیرمخرب بدن انسان و وسایل الکترونیکی انعطافپذیر باز میکند.”
به گفته نویسندگان، حسگرهای لمسی مصنوعی که قبلا ساخته شده بودند، فقط می توانستند اشکال خارجی، بافت سطح و سختی را تشخیص دهند و تمایز قائل شوند. اما آنها قادر به تشخیص اطلاعات زیرسطحی در مورد آن مواد نیستند. این معمولاً به فناوریهای نوری مانند سیتی اسکن، اسکن PET، توموگرافی اولتراسونیک (که نمای بیرونی یک ماده را برای بازسازی تصویری از ساختار داخلی آن اسکن میکند) یا برای مثال MRI نیاز دارد.
اما همه این روش ها دارای معایبی نیز هستند. به طور مشابه، پروفیلومتری نوری اغلب برای اندازه گیری نمایه و پرداخت سطح استفاده می شود، اما فقط روی مواد شفاف کار می کند.
انگشت های هوشمند مصنوعی
هنگامی که ما چیزی را با انگشتان خود لمس می کنیم، پوست تغییر شکل مکانیکی مانند فشرده سازی یا کشش را تجربه می کند، که گیرنده های مکانیکی را تحریک می کند تا تکانه های الکتریکی ارسال کنند. این تکانه ها از طریق سیستم عصبی مرکزی به قشر حسی جسمی مغز می روند.
مغز آن تکانه های الکتریکی را برای شناسایی ویژگی های جسمی که لمس می کنیم یکپارچه می کند. این بازخورد لمسی ما را قادر می سازد شکل، بافت سطح و سفتی یا نرمی یک ماده را تشخیص دهیم.
انگشت هوشمند بیونیک این سیستم بازخورد را تقلید می کند. یک استوانه فلزی نصب شده در بالای انگشت به عنوان نوک تماس عمل می کند، در حالی که پرتوهای فیبر کربن به عنوان گیرنده های مکانیکی لمسی (واحد حسگر) عمل می کنند. اینها به یک ماژول پردازش سیگنال متصل هستند. انگشت با اعمال فشار به صورت دورهای، سطح شی مورد نظر را اسکن میکند.
این باعث فشرده شدن الیاف کربن می شود و میزان فشرده سازی مواد اطلاعاتی را در مورد سختی یا نرمی نسبی آن منتقل می کند. این اطلاعات، همراه با جایی که روی سطح ثبت شده است، سپس به یک کامپیوتر ارسال می شود که داده ها را به یک نقشه سه بعدی ترجمه می کند.
نویسندگان انگشت های هوشمند خود را با استفاده از اجسام پیچیده مختلف آزمایش کردند. به عنوان مثال، آنها توانایی انگشت را برای تشخیص و ترسیم یک حرف سفت و سخت “A” درست در زیر یک لایه نرم سیلیکونی همراه با سایر اشکال انتزاعی آزمایش کردند. انگشتان حتی می توانند تفاوت بین مواد داخلی سفت و نرم و پوشش سیلیکونی نرم بیرونی را تشخیص دهند.
آنها همچنین یک مدل فیزیکی چاپ سه بعدی برای بافت انسانی از سه لایه پلیمر سخت (برای “اسکلت”) و یک لایه سیلیکونی نرم خارجی (برای “عضلات”) ایجاد کردند. انگشت بیونیک یک نمایه سه بعدی از ساختار بافت مدل را اسکن کرد و با موفقیت بازتولید کرد، از جمله محل یک “رگ خونی” واقع در زیر لایه “عضله”.
در نهایت، نویسندگان انگشت های هوشمند را روی یک دستگاه الکترونیکی معیوب آزمایش کردند و با موفقیت نقشهای از اجزای داخلی را ایجاد کردند. انگشت میتواند محل قطع شدن مدار را مشخص کند و سوراخی را شناسایی کند که بهطور نامناسبی بدون شکستن لایه بیرونی اطراف سوراخ شده بود.
لو گفت: “در مرحله بعد، ما می خواهیم ظرفیت انگشت بیونیک برای تشخیص همه جهته با مواد سطحی مختلف را توسعه دهیم.”