ترمیم خودکار قطعات و عضو شکسته با پلیمر هوشمند
به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ پژوهشگران دانشگاه کارنگی ملون موفق به ساخت پلیمری هوشمند شدهاند که میتواند به صورت خودکار باعث ترمیم قطعات آسیب دیده شوند. این ابزار، غشایی است که توانایی حس کردن محل آسیب را دارد. همچنین امکان شکلدهی محرکهای پنوماتیک (pneumatic actuators) را دارند که میتوان آنها را برش داده و به شکلهای مختلفی در آورد. این موارد تنها بخش کوچکی از کاربرد ابزار هوشمندی است که پژوهشگران برای درمان آسیبها به بدن توسعه دادهاند.
ماده یاد شده دارای خواص منحصر به فردی است که امکان از بین بردن آسیب و انجام مجدد فعالیت قبلی یا به دست آوردن عملکردهای تازه را برای دستگاهها فراهم میآورد. زمانی که برش انتهایی مواد دوباره یکدیگر وصل میشوند، قطعات دوباره به هم متصل شده و شکاف میان آن از بین میروند، به گونهای که به نظر میرسد از ابتدا مشکلی وجود نداشته است.
لینینگ یو (Lining Yao)، استاد موسسه ادغام انسان و رایانه (HCII) و محمد اسلام (Mohammad Islam)، استاد دپارتمان علوم مواد و مهندسی (MSE) دانشگاه کارنگی ملون که مدیران گروه پژوهشگران یاد شده هستند، انواع حسگرها و محرکهای را به ندمایش گذاشتند که با استفاده از پلیمر مورد بحث ساخته شده بود. آنها در گام بعد قصد دارند روی طرحهایی جدید کار کنند که امکان مونتاژ خودکار قطعات و دستگاهها را به آنها بدهد.
یو گفت:
ما قصد داریم مرزهای تخیل مردم را تحتفشار قرار دهیم.
اسلام اشاره کرد، پژوهشگران دیگر در گذشته موفق شده بودند موادی که خود را ترمیم میکنند توسعه بدهند. در بیشتر این موارد، مواد برای ترمیم خود به جریانی از «واکنشگر نابها» (reagents) وابسته هستند. برای مثال واکنشگر نابها پس از اضافه شدن به مواد ممکن است پس از آسیب قطعه، آزاد شده و آن را ترمیم کند. واکنشگر نابها موادی هستند که به یک ترکیب شیمیایی اضافه میگردد تا بررسی شود آیا واکنش شیمیایی امکانپذیر است یا خیر؛ اما شیوه عملکرد دانشگاه کارنگی ملون متفاوت است.
محققان برای دستیابی به پلیمر یاد شده 2 ماده « پلی بوروسیلوکسان» (polyborosiloxane) –یک پلیمر خود ترمیم شونده- و «نانو لوله کربنی مولتی والد » (MWCNTs) –که رسانا است- را با یکدیگر ترکیب کردند. این ماده در زمان برش به جریان نمیافتد، بلکه با حفظ شکل خود بهبود پیدا میکند.
اسلام ادامه داد، با توجه به اینکه ماده یاد شده حتی با وجود برش و آسیبهای بسیار شدید همچنان به کار خود ادامه میدهد؛ امکان ساخت حسگرها و ابزارهای الکترونیکی ماژولار به واسطه آنها وجود دارد. در نتیجه کاربران در صورت نیاز میتوانند مواد تشکیلدهنده را از هم جدا کرده، مجدداً مونتاژ یا تنظیم کنند.
وی افزود:
شما میتوانید ماده یاد شده را به مانند قطعات لوگو در نظر بگیرد. به علاوه امکان طراحی ابزارهایی که میتوان آنها را به صورت استاندارد تولید کرد یا پس از ساخت به صورت دلخواه و بر حسب نیاز برش داد نیز وجود دارد.
محققان برای اثبات طرح خود، یک کنترلر حساس به لمس تولید کردند. در حالت عادی این ابزار به فشار دست واکنش نشان میدهد. همچنین نشان داده شد اتصال دو کنترلر در کنار یکدیگر به کمک پلیمر یاد شده امکان به وجود آمدن یک صفحهکلید را فراهم میکند. به علاوه این دو کنترلر به هم متصل شده کاملاً انعطافپذیر بوده، امکان استفاده از آن به عنوان یک ابزار کشویی و تاشو که دور مچ دست پیچیده میشود وجود دارد.
یو شرح داد:
حال اگر من صفحهکلید را به 4 قطعه جداگانه برش دهم، هر یک از آنها به صورت مستقل نسبت به انگشت من واکنش نشان میدهند. پس از استفاده میتوان این 4 قطعه را مجدداً کنار یکدیگر قرار داد تا 2 ابزار اولیه مجدداً به دست آیند.
محرک پنوماتیک ساخت شده از پلیمر مورد است انعطافپذیر بوده، امکان خم کردن آن وجود دارد. محققان نشان دادند کی توان آنها را از وسط برش داد، یک قطعه را 180 درجه چرخاند و مجدداً به یکدیگر متصل کرد تا ابزاری به وجود آید که امکان خم کردن آن به شکل یک «S» به وجود آید.
اسلام اظهار کرد:
در تنظیم و اتصال مجدد ابزارهای الکتریکی محدودیت وجود دارد، ما میتوانیم آنها را مجدداً پیکربندی کنیم؛ اما امکان سیمکشی دوباره وجود ندارد؛ امام می توان مدارهایی اضافی را روی قطعه طراحی کرد تا کاربر با توجه به نیاز خود بتواند حداکثر درجه آزادی را برای شخصیسازی آن در اختیار داشته باشد.
کویا نارومی (Koya Narumi)، دانشجوی دکترای توکیو و از پژوهشگران طرح بالا گفت:
من پیشبینی میکنم که احتمالاً رابطهایی که در زندگی روزمره با آنها مواجه خواهیم شد، به مرور زمان خودمختارتر میشوند. این ابزار میتوانند به بهبود زندگی ما کمک کرده و به شکل یک عضو زنده عمل کنند.
پژوهشگران برای مثال شرح دادند میتوان به کمک پلیمر یاد شده یک بازو قابلیت استفاده مجدد ایجاد کرد که پیرامون دست شکسته قرار گرفته و آن را درمان میکند. همچنین امکان به کارگیری آن به عنوان دست مصنوعی کارآمد نیز وجود دارد. این قطعات با گذشت زمان مجدداً پیکربندی شده و سرعت بهبود افراد نیز افزایش میدهند.
