پوست مصنوعی نرم و انعطاف‌پذیر که حس لمس واقعی ایجاد می‌کند

به گزارش آذرنگارنده:

پژوهشگران مدرسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان (EPFL) نوعی پوست مصنوعی نرم و انعطاف‌پذیر توسعه داده‌اند که می‌تواند حس لمس را به‌طور واقع‌گرایانه شبیه‌سازی کند. این فناوری با ایجاد بازخورد لمسی (Haptic Feedback) و سازگاری سریع با حرکات بدن، می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در توان‌بخشی پزشکی، واقعیت مجازی و تعامل انسان با ربات‌ها داشته باشد.

حس لامسه، همانند بینایی و شنوایی، نقش مهمی در درک انسان از محیط اطراف ایفا می‌کند. فناوری‌هایی که قادرند این حس را بازسازی کنند، می‌توانند کیفیت تعامل میان انسان و ماشین را به شکل قابل توجهی افزایش دهند.

این پوست مصنوعی توسط دانشمندان آزمایشگاه رباتیک قابل پیکربندی (RRL) به سرپرستی «جیمی پایک» و آزمایشگاه رابط‌های زیست‌الکترونیکی نرم (LSBI) به سرپرستی «استفانی لاکور» در دانشکده مهندسی EPFL طراحی شده است. ساختار این فناوری از سیلیکون و الکترودهای نرم تشکیل شده و به‌گونه‌ای طراحی شده که به‌راحتی با شکل بدن—برای مثال مچ دست—سازگار شود.

در این سیستم، مجموعه‌ای از حسگرها و عملگرهای نرم امکان ایجاد فشار و لرزش را فراهم می‌کنند تا کاربر احساس لمس را تجربه کند. حسگرهای کششی به‌طور مداوم تغییر شکل پوست را اندازه‌گیری می‌کنند و به کمک این اطلاعات، شدت و نوع بازخورد لمسی در لحظه تنظیم می‌شود تا حس ایجادشده تا حد ممکن طبیعی باشد. نتایج این پژوهش در نشریه Soft Robotics منتشر شده است.

به گفته هارشال سونار، نویسنده اصلی مطالعه:

«این نخستین بار است که یک پوست مصنوعی کاملاً نرم توسعه داده‌ایم که در آن حسگرها و عملگرها به‌طور یکپارچه در کنار هم قرار گرفته‌اند. این ویژگی امکان کنترل حلقه‌بسته را فراهم می‌کند؛ یعنی می‌توانیم تحریک لرزشی که کاربر احساس می‌کند را با دقت و اطمینان تنظیم کنیم. چنین قابلیتی برای دستگاه‌های پوشیدنی بسیار مهم است.»

ساختار چندلایه با سیلیکون و محرک‌های بادی

این پوست مصنوعی شامل عملگرهای بادی نرم است که لایه‌ای غشایی ایجاد می‌کنند. با پمپاژ هوا به این لایه، غشا متورم شده و می‌تواند لرزش‌هایی با فشار و فرکانس‌های مختلف (تا حدود ۱۰۰ هرتز) ایجاد کند. در نتیجه با پر و خالی شدن سریع این لایه، لرزش‌هایی تولید می‌شود که حس لمس را شبیه‌سازی می‌کند.

در بالای این لایه، لایه‌ای از حسگرها قرار دارد که شامل الکترودهای نرم ساخته‌شده از ترکیب گالیوم مایع و جامد است. این الکترودها تغییر شکل پوست را به‌طور مداوم اندازه‌گیری کرده و داده‌ها را به یک ریزکنترلگر ارسال می‌کنند. سپس این سامانه بر اساس بازخورد دریافت‌شده، شدت و نوع تحریک لمسی را متناسب با حرکات کاربر و شرایط محیطی تنظیم می‌کند.

انعطاف‌پذیری بالا و کاربردهای آینده

یکی از ویژگی‌های مهم این فناوری، انعطاف‌پذیری بسیار بالای آن است. این پوست مصنوعی می‌تواند تا چهار برابر طول اولیه خود کش بیاید و این قابلیت را تا یک میلیون چرخه کشش حفظ کند؛ ویژگی‌ای که آن را برای کاربردهای واقعی بسیار مناسب می‌سازد.

در حال حاضر پژوهشگران این فناوری را روی انگشتان کاربران آزمایش کرده‌اند و همچنان در حال بهبود آن هستند. گام بعدی در این پروژه، ساخت نمونه‌ای کاملاً پوشیدنی برای استفاده در توان‌بخشی پزشکی و سیستم‌های واقعیت مجازی و افزوده است.

به گفته پژوهشگران، این فناوری همچنین می‌تواند در مطالعات علوم اعصاب به کار رود؛ جایی که دانشمندان می‌توانند هنگام بررسی فعالیت‌های مغزی، بدن انسان را به‌طور دقیق با محرک‌های لمسی تحریک کنند.