אלקטרוניקה גמישה מובילה את פרוייקט Super Skin
16 אפריל, 2013
החוקרים מייצרים חיישנים רגישים באמצעות טרנזיסטורים על-בסיס פחמן, אשר ניתן לפזר אותם באמצעות הדפסה על-פני משטחים שונים, ולאסוף מידע מגוון מהסביבה ולייצר מעין Super Skin
פרופ' ז'נן: "המטרה שלנו היא לייצר אלקטרוניקה גמישה הכוללת חיישנים, טרנזיסטורים, סוללות ותאים סלולריים"
קבוצה של כ-20 חוקרים מאוניברסיטת סטאנפורד בסן-חוזה, קליפורניה, פיתחה סדרה חדשה של התקנים אלקטרוניים המבוססים על חומרים גמישים וחומרים ננו-טכנולוגיים, במסגרת מחקר שאפתני ויוצא דופן שקיבל את הכינוי Super Skin.
העור המלאכותי יהיה מורכב ממארג של חיישנים קולטים מידע מכל הסוגים ברגישות גבוהה מאוד, ולהעניק למכשירים ולרובוטים יכולת חישה דומות לאלה שהעור מעניק לבני-אדם. עד היום רשמה הקבוצה כמה עשרות פטנטים והיא משתתפת בחלק הפרוייקטים הסודיים ביותר של המכון למחקרים ביטחוניים מתקדמים (DARPA) בארצות הברית.
מנהלת קבוצת המחקר, פרופ' ז'נן באו מהמחלקה להנדסת חומרים וכימיה באוניברסיטת סטאנפורד, סיפרה ל-Techtime שהמחקר החל בסדרה של רעיונות על פיתוח חיישנים חדשים ורכיבים אלקטרוניים המבוססים על חומרים פחמניים במקום על סיליקון. "מרגע שמישהו העלה את הרעיון שניתן להתקין את החיישנים על משטח גמיש, וכינה את הרעיון בשם סופר-עור (Super Skin), הגדרנו מחדש את המטרה המדעית מסביב לכל האפשרויות שהרעיון מעלה".
פרופ' ז'נן הציגה את המחקרים האחרונים של הקבוצה במסגרת מפגש מיוחד עם עורכים טכנולוגיים (Electronics Global Press Summit) המתקיים השבוע בסנטה-קרוז, קליפורניה. לדבריה, "העור האנושי מכיל הרבה מאוד חיישנים ומאפשר לנו לתקשר עם הסביבה. זה בעצם מה שאנחנו מצפים ממכשירים אלקטרוניים. המחקר שלנו מתמקד בפיתוח אבזרים המחקים את העור ומהווים בסיס לאלקטרוניקה חדשה".
הצוות פיתח מספר חיישנים מעניינים. אחד מאבני הבניין הראשונים שהצוות פיתח הוא טרנזיסטור FET המבוסס על חומר אורני (מבוסס פחמן). הוא יכול לשמש כמרכיב במערך לוגי או כחיישן. חיבור כניסת המתח שלו אל מולקולה כימית יכול לשנות את מתח העבודה שלו בהתאם לשינויים במולקולה הכימית. במתכונת אחרת, הצוות הפך אותו לחיישן לחץ רגיש: הצומת נבנה מחומר דיאלקטרי המקיף קונוסים זעירים מגומי. לחץ חלש על פני הטרנזיסטור מכופף את הקונוסים ומשנה את רמת הדיאלקטריות של הצומת. התוצאה היא חיישן לחץ כל-כך רגיש שהוא גילה זבוב שהתיישב עליו.
חיישן אחר מאפשר תיעוד רגיש של הדופק: גם הפעם מדובר בטרנזיסטור אשר הותקן על מצע פלסטיק גמיש. שינויים פיסיים במצע הפלסטיק משנים את מאפייני התגובה של הטרנזיסטור. כאשר מחזיקים אותו בין שתי האצבעות, החיישן מגלה את מאפייני הדופק ומייצר גרף מדוייק.
במחקר חדש שעדיין לא פורסם (בוצע על-ידי ד"ר גרגור שוורץ) פותח קונספט של מערכת חישה אלחוטית: מדובר במעין תחבושת שניתן לחבוש על פרק כף-היד. היא כוללת חיישני לחץ, טמפרטורה, לחות ודופק, הבנויים מהטרנזיסטורים האורגניים. המידע מועבר למעגל המרה ADC, ומשם הוא משודר ב-Wi-Fi אל התקן סמוך, כמו למשל טלפון סלולרי.
אחד מהחיישנים המפתיעים שפותחו במעבדה (על-ידי ד"ר אורן קנופמאכר) בודק את רמת החומציות (PH) של הזיעה. "מצבם הנפשי של אנשים מתבטא ברמת החומציות של הזיעה. החיישן הזה יכול ללמד מתי ובאיזה מידה אנשים מצויים בלחץ נפשי".
כיום הצוות בודק מגוון אפשרויות לייצור עור מלאכותי אשר יכול לאחות את עצמו, כמו שהעור הטבעי יכול להתרפא באופן טבעי מחתכים. הצוות פיתח מארג של מולקולות אורגניות המקושרות באמצעות פולימרים (עדיין לא פורסם. כאשר מייצרים חתך בחומר, ולאחר מכן מצמידים את שני חלקי החתך זה לזה ומעבירים דרכם זרם חשמלי, נחומר מתאחה מחדש.
לדברי פרופ' ז'נן, הרעיונות החדשים לא מתאימים רק ליישומים עתידניים כמו רובוט אשר יודע ללטף בעדינות או לבצע ניתוח מסובך, אלא גם ליישומי אלקטרוניקה צרכנית עכשווית. "חברת סמסונג מתעניינת בחיישני הלחץ שפיתחנו כדי לשלב אותם בצגי מגע של הדור הבא. כיום הצגים מגיבים רק לרמת הקיבוליות של האצבע, אבל לא ללחץ הנגיעה בצג. מרגע שיתווסף להם גם הפרמטר הזה, השימוש במכשירים יהיה יותר אינטואיטיבי ויספק יישומים חדשים".
מעניין לציין שהמחקר מתבסס על יצירת רכיבים אלקטרוניים מבוססי פחמן ולא מבוססי סיליקון. "אנחנו מתעניינים במולקולות מפלסטיק מכיוון שקל לתכנן את התכונות החשמליות והמכניות שלהן. הכוונה היא לייצר תמיסות המבוססות על מים, ובאמצעות זאת לייצר מעין דיו" ניתן להדפיס אותו על משטחים שונים, ולהעניק להם מארג של אמצעי חישה. בסופו של דבר נייצר מערכות אלקטרוניות באמצעות מדפסת".
בשלב הזה המחקר מתמודד עם אתגרים רבים: כיצד לפתח תהליכי ייצור זולים של הרכיבים החדשים, כיצד לקשר אותם ביעילות עם מעגלי עיבוד אות, ובעיקר, כיצד להגן עליהם מפני הפרעות חיצוניות על-מנת לוודא שהחיישן מגיב לאות הרלוונטי ולא לרעשי רקע.
בשיחה עם Techtime הודתה פרופ' ז'נן שזו אחת מהבעיות הקשות. "אנחנו נצטרך לשקול הרכבה של מערכת חיישני בקרה ומעגלי עיבוד אות חכמים, אשר יכולים לבודד את החיישנים מרעש. בסופו של דבר המטרה שלנו היא לייצר אלקטרוניקה גמישה הכוללת חיישנים, טרנזיסטורים, סוללות ותאים סלולריים".
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
