دانشمندان در یک آزمایشگاه تحقیقاتی آلمانی، یک پوست الکترونیکی (e-skin) فوقالعاده نازک و انعطافپذیر ساختهاند که میتواند میدانهای مغناطیسی را با استفاده از یک حسگر سراسری واحد شناسایی و ردیابی کند. برخلاف طرحهای قبلی که به چندین حسگر و قطعه الکترونیکی نیاز داشتند، این پوست الکترونیکی جدید از نظر انرژی کارآمدتر است و نحوه تعامل پوست انسان با مغز را تقلید میکند.
آنچه این نوآوری را هیجانانگیزتر میکند این است که امکان تعاملات بدون لمس را فراهم میکند. بنابراین، با استفاده از این پوست الکترونیکی، میتوانید دستگاهها را در محیطهای مرطوب، شدید یا حساس (مانند زیر آب یا در آزمایشگاههای استریل) به کار بگیرید.
این پوست الکترونیکی پتانسیل این را دارد که از طریق میدانهای مغناطیسی به رباتها حس لامسه بدهد، به انسانها اجازه دهد بدون هیچ کنترلکننده فیزیکی با محیطهای دیجیتال (واقعیت مجازی) تعامل داشته باشند و به افراد دارای اختلالات حسی کمک کند تا تواناییهای خاصی را بازیابی کنند.
پوست الکترونیکی چگونه کار میکند؟
پوستهای الکترونیکی سنتی به حسگرها، باتریها و قطعات الکترونیکی متعددی متکی هستند که آنها را حجیم، پرمصرف و غیرعملی میکند. برای غلبه بر این محدودیتها، محققان یک پوست الکترونیکی طراحی کردند که بیشتر شبیه پوست انسان عمل میکند.
این پوست الکترونیکی سه جزء دارد: اول، غشای فوقالعاده نازک و انعطافپذیری است که به عنوان ساختار پایه پوست الکترونیکی عمل میکند. این پوست از مادهای سبک، شفاف و قابل تنفس ساخته شده است که به هوا و رطوبت اجازه عبور میدهد تا پوست واقعی زیر آن بتواند نفس بکشد.
دومین جزء، یک لایه حساس به مغناطیس است که کل سطح پوست الکترونیکی را میپوشاند. این لایه، سیگنالهای مغناطیسی را با استفاده از یک واحد تجزیه و تحلیل واحد، مشابه نحوه ارسال سیگنالها توسط پوست انسان به مغز، شناسایی و پردازش میکند.
بنابراین، هر زمان که پوست الکترونیکی به یک منبع مغناطیسی نزدیک میشود، لایه حساس به مغناطیس واکنش نشان میدهد و باعث تغییر در مقاومت الکتریکی ماده میشود. این تغییر توسط واحد پردازش مرکزی، جزء سوم، دریافت میشود و سپس محل دقیق منبع مغناطیسی را تعیین میکند.
نویسندگان این مطالعه خاطرنشان میکنند که اساساً، لایههای حساس به مغناطیس “مانند یک سطح حسگر سراسری واحد – درست مانند پوست ما – کار میکنند و واحد پردازش مرکزی واحد، سیگنال را بازسازی میکند – درست مانند مغز ما”.
برای دقت در تشخیص منبع، پوست الکترونیکی از یک روش پردازش سیگنال مبتنی بر توموگرافی استفاده میکند. این رویکرد از تکنیکهای MRI و سیتیاسکن الهام گرفته شده است؛ این روش با تجزیه و تحلیل چندین نقطه داده، به بهبود دقت سیگنال کمک میکند، مشابه نحوه بازسازی یک تصویر دقیق از زوایای مختلف توسط روشهای تصویربرداری پزشکی.
پاولو ماکوشکو، محقق ارشد و دانشمند مرکز هلمهولتز-درسدن-روسندورف (HZDR)، گفت: “این فناوری برای پوستهای الکترونیکی با حسگرهای میدان مغناطیسی جدید است – قبلاً برای کنتراست سیگنال پایین مواد حساس به مغناطیس مرسوم، بیش از حد غیرحساس در نظر گرفته میشد. این واقعیت که ما این روش را به صورت تجربی تأیید کردیم، یک دستاورد فنی بزرگ این کار است.”
یک پوست، کاربردهای بسیار
آنچه پوست الکترونیکی جدید توسعه یافته توسط تیم HZDR را خاص میکند این است که از نحوه همکاری پوست واقعی انسان و مغز برای پردازش لمس تقلید میکند. پوستهای الکترونیکی قبلی برای ردیابی دقیق سیگنالهای مغناطیسی مشکل داشتند زیرا مواد سنتی کنتراست سیگنال پایینی داشتند.
استفاده از توموگرافی این مشکل را حل میکند. علاوه بر این، میتواند توسط انسانها و ماشینها مورد استفاده قرار گیرد و آن را به یک نوآوری بسیار کاربردی تبدیل میکند. برای مثال، میتواند به کاربر اجازه دهد تلفن خود را با یک وصله مغناطیسی روی دستکش، حتی در هوای بسیار سرد یا در میان بارندگی شدید، کنترل کند.
علاوه بر این، یک پوست الکترونیکی با لمس شبیه انسان و حساسیت مغناطیسی بالا میتواند رباتها را برای کارهایی مانند آشپزی، عملیات نجات، کاوش در اعماق دریا، مراقبت از بیمار و غیره مجهزتر کند.
علاوه بر این، نویسندگان این مطالعه افزودند: “افراد نابینای مجهز به سیستم گیرنده مغناطیسی میتوانند فاصله ادراک خود را افزایش دهند و افرادی که دست مصنوعی دارند میتوانند از آن برای تعامل با تلفنهای هوشمند استفاده کنند و بر چالش عدم توانایی پروتزهای عایقبندی شده در تعامل با صفحات لمسی خازنی غلبه کنند.”
ممکن است بسیاری از امکانات دیگر نیز وجود داشته باشد. این پوست الکترونیکی به زودی میتواند به صورت تجاری در دسترس قرار گیرد و نحوه تعامل ما با همه چیز در اطرافمان را تغییر دهد.