توسعه‌ی رشته‌های انعطاف‌پذیر خودترمیم‌شونده و نورانی
گروهی از دانشمندان بین‌رشته‌ای از دانشکده‌ی مهندسی و علوم مواد در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS)، موفق به ساخت رشته‌هایی انعطاف‌پذیر با قابلیت‌های منحصر به فرد خودترمیم‌شوندگی، درخشش نورانی و خاصیت مغناطیسی شده‌اند. این رشته‌های SHINE که حاوی یک هیدروژل پوششی و یک هسته‌ی الکترولومینسانس نیکلی هستند، به راحتی خم می‌شوند، نور بسیار چشم‌گیری از خود ساطع می‌کنند و پس از بریده شدن می‌توانند تقریباً تمام (حدود ۱۰۰ درصد) درخشش اولیه‌ی خود را بازیابند. علاوه بر این، این رشته‌ها قابلیت دریافت انرژی به‌صورت بی‌سیم را دارند و با استفاده از نیروهای مغناطیسی می‌توان آن‌ها را جابه‌جا کرد. با ترکیب ویژگی‌های کاربردی مختلف در یک دستگاه واحد، این رشته‌ها پتانسیل‌های زیادی در کاربردهایی نظیر ساخت رشته‌های رباتیک نرم نورانی و نمایشگرهای تعاملی دارند. همچنین، قابلیت بافته شدن در پارچههای هوشمند را نیز دارا هستند.
دکتر بنجامین تی، استاد همکار و محقق اصلی این پژوهش، اظهار داشت: «امروزه، بخش عمده‌ای از اطلاعات دیجیتال از طریق دستگاه‌های نورانی منتقل می‌شوند. ما به شدت به دنبال توسعه‌ی مواد پایدار هستیم که بتوانند نور ساطع کنند و فرم‌های جدیدی مانند رشته‌ها را بررسی می‌کنیم که می‌توانند دامنه کاربردها را گسترش دهند، برای مثال، پارچههای هوشمند. یکی از راه‌های مهندسی دستگاه‌های نورانی پایدار، ایجاد قابلیت خودترمیم‌شوندگی در آن‌هاست، درست مانند بافت‌های بیولوژیکی مانند پوست.»
نتایج این تحقیقات که با همکاری مؤسسه‌ی نوآوری و فناوری سلامت (iHealthtech) در NUS انجام شده، در تاریخ ۳ دسامبر ۲۰۲۴ در مجله‌ی Nature Communications منتشر شد.
یک نوآوری چندمنظوره در یک دستگاه
رشته‌های نورانی به دلیل پتانسیلی که در تکمیل فناوری‌های موجود در حوزه‌های گوناگون مانند رباتیک نرم، الکترونیک پوشیدنی و پارچههای هوشمند دارند، به یک زمینه‌ی پرطرفدار تبدیل شده‌اند. به‌عنوان مثال، ارائه‌ی قابلیت‌هایی نظیر نورپردازی پویا، نمایشگرهای تعاملی و سیگنال‌دهی نوری، ضمن حفظ انعطاف‌پذیری و سازگاری، می‌تواند تعاملات انسان و ربات را با ایجاد واکنش‌پذیری و شهود بیشتر بهبود بخشد. با این حال، استفاده از این رشته‌ها اغلب به دلیل آسیب‌پذیری فیزیکی و دشواری در ادغام چندین ویژگی در یک دستگاه واحد، بدون افزایش پیچیدگی یا نیاز به انرژی بیشتر، محدود می‌شود.
رشته‌های SHINE گروه تحقیقاتی NUS، با ترکیب نورافشانی، خودترمیم‌شوندگی و عملگر مغناطیسی در یک دستگاه مقیاس‌پذیر، این چالش‌ها را برطرف کرده‌اند. در مقایسه با رشته‌های نورانی موجود در بازار که پس از آسیب نمی‌توانند خود را ترمیم کنند یا به‌صورت فیزیکی قابل کنترل نیستند، رشته‌های SHINE جایگزینی کارآمدتر، بادوام‌تر و چندمنظوره‌تر ارائه می‌دهند.
معرفی فیبر SHINE: نوآوری در فناوری نوری و رباتیک نرم
فیبر SHINE بر اساس یک طراحی کواکسیال ساخته شده که شامل یک هسته‌ی نیکلی برای پاسخ‌دهی مغناطیسی، یک لایه‌ی الکترولومینسانس بر پایه سولفید روی برای ساطع نور و یک الکترود هیدروژلی برای شفافیت است. با استفاده از یک فرآیند ژل‌سازی القایی قابل تنظیم، تیم تحقیقاتی فیبرهایی با طول حداکثر ۵.۵ متر تولید کرد که حتی پس از نگهداری نزدیک به یک سال در فضای باز، عملکرد خود را حفظ کردند.
استاد همکار تی در این باره گفت: «برای اطمینان از دید واضح در شرایط نورپردازی روشن داخلی، معمولاً روشنایی حداقل ۳۰۰ تا ۵۰۰ cd/m² توصیه می‌شود.» وی افزود: «فیبر SHINE ما روشنایی بی‌سابقه‌ای به میزان ۱۰۶۸ cd/m² دارد که به راحتی از این مقدار فراتر می‌رود و آن را در محیط‌های داخلی با نور خوب، به خوبی قابل مشاهده می‌کند.»
لایه‌ی هیدروژل فیبر از طریق بازسازی پیوندهای شیمیایی در شرایط محیطی به‌طور خودکار ترمیم می‌شود، در حالی که هسته‌ی نیکل و لایه‌ی الکترولومینسانس از طریق فعل و انفعالات دوقطبی ناشی از گرما در دمای ۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، یکپارچگی ساختاری و عملکردی خود را بازیابی می‌کنند. استاد همکار تی اضافه کرد: «مهم‌تر از همه، فرآیند بازیابی بیش از ۹۸ درصد از درخشش اصلی فیبر را بازمی‌گرداند و تضمین می‌کند که می‌تواند پس از تعمیر، استرس‌های مکانیکی را تحمل کند.» او همچنین گفت: «این قابلیت از استفاده‌ی مجدد فیبرهای آسیب‌دیده و متعاقباً خودترمیم‌شونده پشتیبانی می‌کند که باعث می‌شود این ابتکار در بلندمدت بسیار پایدارتر باشد.»
عملکرد مغناطیسی و کاربردهای رباتیک نرم
فیبر SHINE همچنین دارای عملگر مغناطیسی است که به لطف وجود هسته‌ی نیکلی امکان‌پذیر شده است. این ویژگی به فیبر اجازه می‌دهد تا با آهنرباهای خارجی کنترل شود. دکتر فو شومئی، نویسنده‌ی اول مقاله، در این باره گفت: «این ویژگی جالبی است زیرا کاربردهایی مانند فیبرهای رباتیک نرم نورانی را ممکن می‌سازد که قادر به حرکت در فضاهای تنگ، انجام حرکات پیچیده و سیگنال‌دهی نوری در زمان واقعی هستند.»
تعاملات نوین انسان-ربات
رشته‌های SHINE می‌توانند در بافت‌های هوشمند که نور منتشر می‌کنند، بافته یا به کار گرفته شوند و به‌راحتی پس از آسیب، خودترمیم شوند، که این امر به فناوری‌های پوشیدنی، دوام و کارایی می‌بخشد. با قابلیت عملگر مغناطیسی ذاتی، این رشته‌ها می‌توانند به‌عنوان یک ربات نرم عمل کنند که قادر به انتشار نور، خودترمیم‌شوندگی، حرکت در فضاهای محدود و سیگنال‌دهی نوری حتی پس از بریدگی کامل هستند. علاوه بر این، این رشته‌ها می‌توانند در نمایشگرهای تعاملی مورد استفاده قرار گیرند، جایی که قابلیت مغناطیسی آن‌ها امکان تغییر الگوهای پویا را فراهم می‌کند که تعامل نوری و سیگنال‌دهی را در تاریکی تسهیل می‌کند.
به‌عنوان گام بعدی، تیم تحقیقاتی قصد دارد دقت عملگر مغناطیسی فیبر را بهبود بخشد تا از کاربردهای رباتیک دقیق‌تر پشتیبانی کند. آن‌ها همچنین در حال بررسی امکان ادغام قابلیت‌های حسگری —مانند توانایی تشخیص دما و رطوبت— در بافت‌های نورانی ساخته شده کاملاً از رشته‌های SHINE هستند.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس