ผิวอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ที่พัฒนาแล้วก้าวหน้าในการสร้างหุ่นยนต์แบบมนุษย์

ความก้าวหน้าในการสร้างผิวอิเล็กทรอนิกส์หรือผิวเทียมเป็นเรื่องพื้นฐานในการสร้างหุ่นยนต์แบบมนุษย์ เนื่องจากผิวของมนุษย์ให้ความรู้สึกสัมผัส การตรวจจับอุณหภูมิและความเจ็บปวด รวมถึงหลายด้านที่สำคัญของชีวิต ร่างกายของมนุษย์มีตัวรับความรู้สึกสัมผัสที่อยู่บนผิว ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เราสามารถแปลงสัญญาณอุณหภูมิหรือการกระตุ้นกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าสำหรับสมอง

การจำลองความสามารถเหล่านี้ในผิวอิเล็กทรอนิกส์นั้นยากมาก และรุ่นปัจจุบันสามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวหรืออุณหภูมิได้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น ยังไม่มีผิวอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำได้ทั้งสองอย่างพร้อมกันเหมือนผิวของมนุษย์ จนถึงขณะนี้

ผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบไอออน-อิเล็กทรอนิกส์แบบหลายรูปแบบ

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้พัฒนาผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบใหม่ที่สามารถทำได้ทั้งสองอย่าง โดยการนำคุณสมบัติพิเศษของสารนำไอออนมาใช้ ทีมวิจัยสามารถสร้างโครงสร้างที่เรียบง่ายซึ่งทำให้ผิวอิเล็กทรอนิกส์สามารถวัดอุณหภูมิและกระตุ้นกลได้พร้อมกัน

ทีมวิจัยประกอบด้วยศาสตราจารย์ Unyong Jeong จากมหาวิทยาลัย POSTECH และ Dr. Insang You จากภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุ และศาสตราจารย์ Zhenan Bao ผลการวิจัยได้ตีพิมพ์ในวารสาร Science เมื่อวันที่ 20 พฤศจิกายน

ก่อนหน้านี้ ผิวอิเล็กทรอนิกส์มักจะมีข้อผิดพลาดในการวัดอุณหภูมิเมื่อมีการกระตุ้นกล ทีมวิจัยได้ใช้ผิวของมนุษย์เป็นแรงบันดาลใจและสร้างเซ็นเซอร์ที่มีไอออนผ่านการนำสารนำไอออนมาใช้ ซึ่งสามารถมีคุณสมบัติที่วัดได้แตกต่างกันไปตามความถี่ในการวัด

ผ่านกระบวนการนี้ ทีมวิจัยสามารถพัฒนาเครื่องรับเทียมที่สามารถวัดความรู้สึกสัมผัสและอุณหภูมิได้พร้อมกัน ทีมวิจัยสามารถอนุมานเวลาการผ่อนคลายของประจุและความจุแบบปรับมาตราส่วน ซึ่งเป็นตัวแปรสองตัวที่สามารถวัดอุณหภูมิและเคลื่อนไหวได้โดยไม่ตอบสนองต่ออีกสิ่งหนึ่ง

เครื่องรับเทียมที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้มีการใช้งานที่เป็นไปได้มากในเชิงพาณิชย์ เนื่องจากสามารถวัดอุณหภูมิของวัตถุและโปรไฟล์การดึงตัวเมื่อมีการกระตุ้นจากภายนอกได้อย่างแม่นยำ

ผิวหุ่นยนต์แบบมนุษย์

สำหรับผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบหลายรูปแบบนี้ สามารถนำไปใช้กับเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่สวมใส่หรือผิวหุ่นยนต์ให้เหมือนมนุษย์มากขึ้น

ดร. Insang You เป็นผู้เขียนหลักของการวิจัย

“เมื่อนิ้วชี้สัมผัสกับผิวอิเล็กทรอนิกส์ ผิวอิเล็กทรอนิกส์จะตรวจจับการสัมผัสเป็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และเมื่อนิ้วชี้ดันผิว ผิวด้านหลังของพื้นที่สัมผัสจะถูกดึงและรับรู้ว่าเป็นการเคลื่อนไหว” ดร. You กล่าว “ฉันคิดว่ากลไกนี้เป็นวิธีหนึ่งที่ผิวของมนุษย์จริงๆ รับรู้สิ่งเร้าต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความเคลื่อนไหว”

ศาสตราจารย์ Jeong เป็นผู้เขียนที่สอดคล้องกัน

“การศึกษานี้เป็นขั้นตอนแรกในการเปิดประตูสำหรับการวิจัยผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบหลายรูปแบบโดยใช้ไอออน” ศาสตราจารย์ Jeong กล่าว “เป้าหมายสูงสุดของการวิจัยนี้คือการสร้างผิวอิเล็กทรอนิกส์แบบไอออน-อิเล็กทรอนิกส์ที่เลียนแบบตัวรับความรู้สึกสัมผัสและสารส่งสัญญาณของมนุษย์ ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูความรู้สึกสัมผัสในผู้ป่วยที่สูญเสียความรู้สึกสัมผัสเนื่องจากโรคหรืออุบัติเหตุ”