Wyss Biyolojik Mühimmat Mühendisliği Enstitüsü ve Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Yüksekokulu (SEAS) araştırmacılarından oluşan bir ekip, insan vücudu ile hareket eden ve bükülen, silikondan ve kumaştan yapılmış oldukça duyarlı, yumuşak kapasitif ve hareketsizce ve doğru bir şekilde hareketi algılayan bir sensör yarattı. Wyss Enstitüsünün Çekirdek Öğretim Üyesi Üyesi, ilgili yazar Conor Walsh, “Tekstille inşaat yapımından yararlanarak, kumaşla entegrasyon için” akıllı “robot giysileri üretmek için elverişli olduğu için bu sensörden büyük heyecan duyuyoruz” dedi. ve John L. Loeb (SEAS Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Doçentidir) .
“Ayrıca, üniform özellikleri paylaşan özel şekilli sensörler oluşturarak belirli bir uygulama için onları hızlı bir şekilde imal etmemizi sağlayan benzersiz bir toplu üretim süreci tasarladık” diyor . Bu araştırma, Advanced Materials Technologies’ın güncel sayısında yayınlandı.
Teknolojisi
Wyss ekibinin teknolojisi, ” kapasitif bir sensör oluşturan gümüş kaplamalı, iletken kumaştan oluşan iki kat arasına sıkışmış ince bir silikon levhadan oluşur.” Bu tip sensör, iki elektrot arasındaki elektrik alanındaki kapasitans değişikliğini veya elektrik yükünü tutma kabiliyetini ölçerek hareketi kaydeder. “Algılayıcıyı uçlardan çektiğimizde gerginlik uyguladığımızda, silikon tabaka daha incedir ve iletken kumaş tabakaları birbirine daha da yakınlaşır ve bu da sensörün kapasitesini uyguladığı gerginlik miktarı ile orantılı bir şekilde değiştirir.
Üretim Süreci
Hibrid sensörün performansı, yeni üretim sürecinden kaynaklanıyor; burada kumaş, sertleşecek ilave bir sıvı silikon tabakası ile silikon göbeğin her iki yanına bağlıyor. Bu yöntem, silikonun kumaştaki hava boşluklarının bir kısmını doldurmasına, silikona mekanik olarak kilitlenmesine ve gerilimi dağıtmak ve elektrik yükünü depolamak için mevcut yüzey alanını arttırmasına olanak tanıyor.
Bu silikon-tekstil hibritinin, her iki maddenin özelliklerine göre hareketliliğe duyarlılığı arttırdığı söyleniyor . Güçlü, iç içe geçen kumaş elyafları, gerilme esnasında silikonun ne kadar deforme olacağının sınırlanmasına yardımcı oluyor ve silikon, gerginlikten sonra kumaşın orijinal haline dönmesine yardımcı olur. Son olarak, ince, esnek kablolar, iletken kumaşa termal bant ile kalıcı olarak tutturularak, elektrik bilgilerinin sert, hacimli bir arayüz olmadan bir devrelere iletilmesi sağlanır.
Denemelerin gelişimi
Yeni sensör tasarımını sensörün elektromekanik bir test edici tarafından gerildiğinden çeşitli ölçümlerin yapıldığı gerinim deneyleri gerçekleştirerek değerlendirdi. Genellikle elastik bir malzeme çekildiğinde kalınlığı ve genişliği azalırken uzunluğu artar, böylece malzemenin toplam alanı – dolayısıyla kapasitansı – sabit kalır.
Şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar, sensörlerinin iletken alanının gerildiğinde arttığını ve beklenenden daha fazla kapasitans elde ettiğini buldu. “Silikon tabanlı kapasitif sensörler, malzemenin doğasına bağlı olarak sınırlı hassasiyete sahip. Bununla birlikte, silikonun iletken kumaşa yerleştirilmesi, silikonun çok genişlikten küçülmesini önleyen bir matris yarattı; bu da, test ettiğimiz çıplak silikondan daha fazla duyarlılık geliştirdi “dedi Baş Yazar Aslı Atalay, Doktora Sonrası Araştırmacı, Wyss Enstitüsü’nde.
Gelecekteki yönlendirmeler
Bu çalışma, bir ön görüş kanıtı olsa da, ekip bu teknolojinin gelişebileceği yeni gelecek yönlerden heyecan duyuyor. “Bu çalışma robotik sistemlerde tekstil teknolojisini kullanmaya olan artan ilgimizi temsil ediyor ve fiziksel performansı izleyen spor kıyafetleri veya evdeki hastaları izlemek için yumuşak klinik cihazlar gibi vahşi hareket yakalama için umut verici uygulamalar görüyoruz. Buna ek olarak, kumaş tabanlı yumuşak aktüatörler ile kombine edildiğinde, bu sensörler, giyim eşyalarını taklit eden yeni robotik sistemleri mümkün kılar “dedi. – Walsh