“Prekja juaj më bën të ndriçohem” – duket si një shprehje romantike, apo jo? Por tani, kjo mundësi po bëhet realitet. Kërkuesit në Universitetin Kombëtar të Singaporit (NUS) kanë zhvilluar një lëkurë elektronike shumë të hollë dhe fleksibël që ndriçon kur preket, duke zbuluar saktësisht se ku dhe sa presion ushtrohet, si një lëkurë me ekran. Kjo pajisje, e quajtur “eLuminator”, kombinon ndjesinë e presionit, matjen dhe vizualizimin në një vetësi.
Ajo funksionon duke transformuar presionin fizik drejtëpërdrejt në modele të dukshme të dritës, duke i mundësuar përdoruesve të shohin formën dhe shpërndarjen e kontaktit pothuajse menjëherë, pa nevojë për një ekran të veçantë ose procesim të ndërlikuar të sinjaleve. Me një trashësi vetëm prej 70 mikrometrash, kjo lëkurë artificiale ka një rezolucion të mbresëlënës, 847 pikselë për inch (dpi), aq sa mund të dallojë edhe vijat e vogla të gishtave. Apllikacionet e mundshme përfshijnë ndjesinë në robotikë, instrumentet kirurgjikale dhe pajisjet e kujdesit shëndetësor që veshin.
Falë një sistemi të sofistikuar të reagimit që përfshin lëkurën tonë, sistemin nervor dhe trurin, ne e dimë saktësisht sa presion përfshihet kur prekim, kapim ose shtypim diçka. E njëjta gjë ndodh në skenarët e anërt. Për shembull, kur kapim një vezë, mbarë fundet nervore të specializuara në lëkurën tonë regjistrojnë menjëherë presionin dhe deformimin, duke dërguar sinjale në trurin tonë që na ndihmojnë të vlerësojmë sa fort e mbajmë dhe të rregullojmë kapjen në mënyrë të përshtatshme. Kështu mund të dallojmë ndryshimin midis një prekje të butë dhe një goditjeje të fortë në faqe.
Tani, riprodhimi i kësaj ndjenje të prekjes në makineri është pak më i vështirë. Shkencëtarët kanë zhvilluar lëkura elektronike artificiale që lejojnë robotëve, pjesëve të trupit prostetik dhe pajisjeve mjekësore të ndiejnë kontaktin fizik dhe të matin presionin. Zakonisht, këto pajisje përfshijnë një grup të vogël të sensorëve të presionit që konvertojnë forcën e ushtruar në sinjale elektrike.
Sinxialet transmetohen në një kompjuter ose një kontrollor elektronik, i cili proceson të dhënat për të përcaktuar se ku po ndodh kontakti dhe sa presion po ushtrohet. Informacioni mund të përdoret më pas për të kontrolluar lëvizjet e një roboti ose për të ofruar informacion në një operator njerëzor në formën e lezimeve numerike ose një harte vizuale të presionit në një ekran të veçantë, ose përmes ndërveprimeve haptike, siç janë prekje, vibracione ose rezistencë fizike. E kuptoni atë që nënkuptojmë… pak e ndërlikuar.
Një shembull i mirë është dora artificiale inflatueshme, e krijuar nga studiues të MIT-it, e cila ndjen prekjen duke përdorur një matricë fleksibël taktile e shpërndarë në sipërfaqen e pajisjes dhe e përkthen atë informacion në ndjenja fizike prekjeje, duke i dërguar drejt lëvozhgës së mbetur të lëkurës së përdoruesit. Kërkues të Universitetit Johns Hopkins kanë krijuar një pajisje artificiale të ngjashme, e cila, në vend të kësaj, e përkthen presionin dhe e dërgon atë te observatori duke përdorur një lidhje elektromiografike (EMG) e lidhur drejtë në rrugët e thellë të muskujve dhe nervave.
Problemi është se lëkurat elektronike ekzistuese dhe sistemet e tyre të reagimit shpesh kërkojnë shumë komponentë të ndarë, përfshirë elementet e ndjesisë, lidhjet elektrike, qarqet e procesimit të sinjalit dhe pajisjet eksterne të shfaqjes ose haptike. Kjo shton kompleksitet dhe vëllim, veçanërisht kur përpiqet të vendoset gjithçka në sipërfaqe të vogla dhe fleksibël.
Disa dizajne po ashtu mbështeten në grila të pikave individuale të ndjesisë, të cilat kufizohen në atë se sa hollë mund të përcillet presioni. Pakësimi i sensorëve më shumë në të njëjtën zonë mund të përmirësojë rezolucionin, por gjithashtu shton kabllimet dhe ndërhyrjet e mundshme të sinjalit. Më tej, komponentet e ngurta ose gjysëm të ngurta krijojnë sfida të konsiderueshme përsa i përket përshtatshmërisë. Imagjinoni se lëkura juaj do të ishte një sipërfaqe e ngurtë dhe e papërshtatshme.
eLuminator zgjidh këto probleme në të njëjtën kohë, duke kombinuar disa qasje. Së pari, në vend që të mbështetej në sisteme të ndara të ndjesisë së presionit dhe të shfaqjes vizuale, kërkuesit kanë kombinuar të dy funksionet brenda lëkurës elektronike, duke përdorur një strukturë të vazhdueshme të ndjeshme ndaj presionit që prodhon dritë drejtësisht në përgjigje ndaj presionit. Materiali e konverton drejtësisht presionin e ushtruar në dritë të dukshme, duke ndriçuar zonat e sakta që po preken, me zona më të ndriçuar që tregojnë presion më të madh.
Kjo lejon çdo person që e vëzhgon lëkurën të shohë formën dhe shpërndarjen e kontaktit pothuajse menjëherë, pa nevojë për një kompjuter të veçantë për të gjeneruar reagimin vizual ose një ekran për ta shfaqur atë. I njëjti pajisje mund të ofrojë gjithashtu matje elektronike kuantitative të presionit, kur është i lidhur me elektronikën e leximit. Me fjalë të tjera, lëkura vetë shërben si sipërfaqe e ndjeshme ndaj presionit dhe si sistem i reagimit vizual.
Pra, si funksionon pikërisht? eLuminator përbëhet nga tre shtresa kryesore: një shtresë e sipërme e ndjeshme ndaj presionit, e mbuluar me mijëra struktura mikroskopike në formë kupolash; një shtresë e trungut që emeton dritë, që përmban grimca bakri-dopuar të sulfidit të zinkut; dhe një elektrodë e poshtëme transparente. Kur aplikohet një voltazh i ndryshueshëm nëpër pajisje, krijohet një fushë elektrik, por në fillim është shumë i dobët për të bërë që grimcat që emetojnë dritë të ndriçohen.
Aktualisht, kur vendosni gishtin mbi sipërfaqe, kupolat e vogla kompresohen, duke rritur sipërfaqen e kontaktit me shtresën që emeton dritë dhe duke zvogëluar distancën midis elektroreve. Kjo forcon fushën elektrike në zonën e prekur, deri në atë që bëhet e mjaftueshme për të nxitur grimcat, duke i bërë ato të emitojnë dritë të dukshme. Sa më shumë shtypni, aq më shumë kompresohet dhe aq më shumë dritë prodhohet.
Kjo kompresion ndryshon gjithashtu kapacitetin elektrik të pajisjes, duke lejuar që presioni të matet elektronikisht kur është e lidhur me pajisje matëse. Të gjitha këto ndodhin brenda materialit të njëjtë, të hollë dhe fleksibel, pa nevojë për pika individuale të ndjeshme ndaj presionit ose një ekran të veçantë për të vizualizuar kontaktin, e cila është inovacioni kryesor i projektit.
“Kjo teknologji transformon mënyrën se si ne ndërveprojme me informacionin taktil,” thotë Prof. Lim Chwee Teck, një nga zhvilluesit e kësaj teknologjie. “Në vend që të mbështetemi në elektronikë komplekse, përdoruesit mund të shohin menjëherë shpërndarjen e forcës ndërsa ndodh, duke e bërë procesin shumë më intuitiv.”
Për të vlerësuar performancën e saj, hulumtuesit kryen një seri testesh, duke filluar me diçka aq të thjeshtë sa shtypjen e një gishtit mbi sipërfaqen e saj. Pajisja riprodhoi brirët dhe luginat e vogla të gishtit, duke demonstruar një rezolucion hapësinor të mbresëlënës, prej 30 mikrometrash (847 dpi). Gjithashtu, ajo reagoi pothuajse menjëherë, duke prodhuar dritë të dukshme në 15 milisekonda, ndërsa sistemi elektronik i matjes së presionit ofroi rezultate në rreth 110 milisekonda.
Sipërfaqja mund të ndjente gjithçka, nga prekje të buta deri në presione deri në 180 kPa. Ajo gjithashtu mund të zgjerohej më shumë se dyfish nga gjatësia e saj origjinale dhe ruante performancë të qëndrueshme pas 1000 ciklevë të thyerjes dhe 4000 ciklevë të ngarkimit të përsëritur. Kjo është niveli i lëkurës së Reed Richard (Mr. Fantastic).
Hulumtuesit më pas demonstratuan aplikimet potenciale mjekësore të kësaj sipërfaqe, duke përdorur një model të shtypur 3D të këmbës për të demonstruar hartimin e presionit dhe duke lidhur sipërfaqen në një instrument kirurgjik laparoskopik. Në procedura të simuluara që përfshinin inde artificiale, enë të gjakut dhe një model apendiks, sipërfaqja e ndriçoi zonat që po preheshin, me shkëlqimin dhe madhësinë e zonave që ndriçonin të ndryshonin ndërsa instrumenti ushtronte më shumë ose më pak forcë.
Informacioni i regjistruar nga matjet e presionit mund të ndihmojë profesionistët e kujdesit shëndetësor të identifikojnë zonat që përvojojnë presion të tepruar, veçanërisht tek pacientët që janë në rrezik të ulçerave të këmbëve diabetike. Kërkuesit kanë treguar gjithashtu se materiali mund të regjistrojë kontaktin në lëvizje, siç janë lëvizjet e shkrimit, dhe jo vetëm presionin statik.
Aplikimet e tjera të mundshme përfshijnë përmirësimin e prekjes së dorës së robotëve, duke u lejuar që të manipulohen objekte të delikata pa i thyer, dhe integrimin e sensorëve të presionit në nyjet artificiale për të përmirësuar kontrollin e kapjes. Aftësia e tij për të kapur detaje të imazheve të gishtave mund të jetë gjithashtu e dobishme për identifikimin biometrik, ndërsa dizajni i tij i hollë dhe fleksibël hap mundësi për pajisje të mbishërueshme të monitorimit të shëndetit dhe ndërfaqe të tjera njerëz-makinë.
Sigurisht, ende ka punë për të bërë para se sistemi “eLuminator” të dalë nga laboratori. Për shembull, sistemi eksperimental kërkonte një burim të jashtëm të energjisë alternative, që funksiononte në 150 volt dhe 1 kHz gjatë demonstrimeve. Ky konfigurim nuk është aspak praktik për diçka që dëshironi të vishni në lëkurë ose të lidheni me një gisht robotik. Kërkuesit po punojnë për të ulur kërkesat e energjisë së pajisjes dhe për të përmirësuar ndjeshmërinë e saj, ndërsa po zhvillojnë më tej teknologjinë për aplikime praktike në kujdesin shëndetësor.
Studimi është publikuar në revistën “Nature Communications”.
Burimi: Universiteti Kombëtar i Singaporit.
Burimi: newatlas.com
