انگشتان بیونیک نقشه های سه بعدی از بافت انسان، وسایل الکترونیکی و سایر اشیاء پیچیده ایجاد می کنند

15 فوریه 2023 -توسط Cell Press-چکیده گرافیکی اعتبار: Cell Reports Physical Science (2023).

اگر بجای استفاده از اشعه ایکس یا اولتراسوند، بتوانیم از لمس برای تصویربرداری از داخل بدن انسان و وسایل الکترونیکی استفاده کنیم، چه می شود؟ در مطالعه‌ای که در ژورنال Cell Reports Physical Science در 15 فوریه منتشر شد، محققان یک انگشت بیونیک را ارائه کردند که می‌تواند نقشه‌های سه‌بعدی از شکل‌ها و بافت‌های داخلی اجسام پیچیده با لمس سطح بیرونی آنها ایجاد کند.

جیانی لو، نویسنده ارشد، استاد دانشگاه ووی، می‌گوید: «ما از انگشتان انسان الهام گرفته‌ایم که حساس‌ترین حس لامسه‌ای را که می‌شناسیم دارند. به عنوان مثال، وقتی بدن خود را با انگشتان خود لمس می کنیم، می توانیم نه تنها بافت پوست خود، بلکه طرح کلی استخوان زیر آن را نیز حس کنیم.

ژیمینگ چن، یکی از نویسندگان، مدرس دانشگاه وویی، می گوید: «انگشت بیونیک ما فراتر از حسگرهای مصنوعی قبلی است که فقط قادر به تشخیص و تمایز بین اشکال خارجی، بافت سطح و سختی بودند.

انگشت بیونیک یک جسم را با حرکت در عرض و اعمال فشار، «اسکن» می‌کند – به جریان ثابتی از فضای  پوک‌ یا تکان‌ها فکر کنید. با هر بار زدن، الیاف کربن فشرده می شوند و میزان فشرده شدن آنها اطلاعاتی در مورد سفتی یا نرمی نسبی جسم ارائه می دهد. بسته به جنس جسم، ممکن است هنگام فشار دادن انگشت بیونیک نیز فشرده شود: اجسام صلب شکل خود را حفظ می کنند، در حالی که اجسام نرم با اعمال فشار کافی تغییر شکل می دهند. این اطلاعات، همراه با مکانی که در آن ضبط شده است، به یک رایانه شخصی منتقل می شود و به عنوان یک نقشه سه بعدی روی صفحه نمایش داده می شود.

محققان توانایی انگشت بیونیک را برای ترسیم ویژگی‌های داخلی و خارجی اجسام پیچیده‌ای که از انواع مختلفی از مواد ساخته شده‌اند، مانند یک “حرف A” سفت و سخت که در زیر لایه‌ای از سیلیکون نرم مدفون شده است، و همچنین اجسام با شکل انتزاعی‌تر را آزمایش کردند. هنگامی که آنها از آن برای اسکن یک جسم ترکیبی کوچک ساخته شده از سه ماده مختلف استفاده کردند – یک ماده داخلی سفت و سخت، یک ماده داخلی نرم و یک پوشش بیرونی نرم – انگشت بیونیک قادر بود نه تنها بین پوشش نرم بیرونی و پوشش سخت داخلی تمایز قائل شود. برجستگی دارد، اما می تواند تفاوت بین پوشش نرم بیرونی و مواد نرمی را که شیارهای داخلی را پر کرده است، تشخیص دهد.

در مرحله بعد، محققان توانایی انگشت در حس و تصویربرداری از بافت انسانی شبیه سازی شده را آزمایش کردند. آنها این بافت را – متشکل از یک جزء اسکلتی، ساخته شده از سه لایه پلیمر سخت و یک لایه “عضلانی” سیلیکونی نرم – با استفاده از چاپ سه بعدی ایجاد کردند. انگشت بیونیک توانست مشخصات سه بعدی ساختار بافت را بازتولید کند و یک رگ خونی شبیه سازی شده را در زیر لایه ماهیچه پیدا کند.

این تیم همچنین توانایی انگشت بیونیک در تشخیص مشکلات دستگاه های الکترونیکی را بدون باز کردن آنها بررسی کردند. با اسکن سطح یک دستگاه الکترونیکی معیوب با انگشت بیونیک، محققان توانستند نقشه ای از اجزای الکتریکی داخلی آن ایجاد کنند و محل قطع شدن مدار و همچنین سوراخی که اشتباه حفر شده است را بدون شکستن لایه محصور کننده مشخص کنند.

لو می‌گوید: «این فناوری لمسی راهی غیر نوری را برای آزمایش‌های غیرمخرب بدن انسان و وسایل الکترونیکی انعطاف‌پذیر باز می‌کند. در مرحله بعد، ما می خواهیم ظرفیت انگشت بیونیک برای تشخیص همه جهته با مواد سطحی مختلف را توسعه دهیم.