باحثون في جامعة هارفارد يطورون مستشعرًا ذاتيًا للحرارة للاستخدام في الروبوتات الناعمة والملابس الذكية

قام باحثون في مدرسة هارفارد جون أ. بولسون للهندسة والتطبيقات العلمية (SEAS) بتطوير مستشعر حرارة ناعم ومرن وذاتي التشغيل يمكن دمجه في روبوتات ذكية وإلكترونيات مرنة.

نشرت الأبحاث في مجلة الإجراءات الوطنية للعلوم.

Zhigang Suo هو أستاذ آلين إي وماريلين إم باكيت لآليات والمواد في SEAS والكاتب الرئيسي للورقة.

“لقد طورنا مستشعرات حرارة ناعمة ذات حساسية عالية ووقت استجابة سريع، مما يفتح إمكانيات جديدة لإنشاء واجهات جديدة بين الإنسان والآلة وروبوتات ناعمة في مجالات الرعاية الصحية والهندسة والترفيه،” قال سوو.

هيكل جهاز قياس الحرارة

يتكون جهاز قياس الحرارة من ثلاثة أجزاء: كهربائي، وكترودة، ومادة عازلة تفصل بينهما. تتراكم الأيونات في واجهة الكهربائي/العازل، وتتراكم الكتروات في واجهة العازل/الكترودة.

نتيجة لعدم توازن الشحنة بينهما، ينتج عن ذلك سحابة أيونية في الكهربائي. تتغير هذه السحابة الأيونية في السماكة وتوليد جهد عند تغير درجات الحرارة. بينما يكون الجهد حساسًا لدرجة الحرارة، فهو غير حساس للانحناء.

تخصيص المستشعر

ييشينغ وانغ هو باحث ما بعد الدكتوراه في SEAS والكاتب الأول للورقة.

“بسبب بساطة التصميم، هناك العديد من الطرق المختلفة لتخصيص المستشعر، اعتمادًا على التطبيق،” قال وانغ. “يمكنك اختيار مواد مختلفة، وترتيبها بطرق مختلفة وتحسينها لمهام مختلفة.”

يمكن للباحثين ترتيب الكهربائي والعازل والكترودة في تكوينات مختلفة، مما أدى إلى أربعة تصاميم لمستشعر الحرارة. قاموا باختباره من خلال دمج المستشعر أولاً في قبضة ناعمة قبل قياس درجة حرارة بيضة مسلوقة ساخنة. كانت المستشعرات أكثر حساسية من أجهزة قياس الحرارة التقليدية الكهربائية، وكانت قادرة على الاستجابة لتغيرات في درجة الحرارة في غضون 10 مللي ثانية.

“لقد أظهرنا أن هذه المستشعرات يمكن أن تصنع صغيرة وثابتة وشفافة حتى،” قال وانغ.

يمكن لجهاز قياس الحرارة قياس درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية أو باردة مثل -100 درجة مئوية، اعتمادًا على المواد المستخدمة.

“يمكن أن يؤدي هذا المنصة المتوفرة للغاية إلى تحسين وتطوير الإنترنت لكل شيء وكل شخص،” قال سوو.