موهای چاپ سه‌بُعدی؛ ریزحسگرهایی برای ردیابی تغییرات محیطی

به گزارش پایگاه خبری هیچ یک _ از پایگاه خبری «فیز»، مژه‌ها و ابروها مانع ورود گرد و غبار و اشیای ریز خارجی به چشم می‌شوند و همین مساله در مورد موهای ریز بینی و گوش هم صادق است. در یک سطح میکروسکوپی‌تر، مژک‌های (cilia) ریز شبیه به مو که سلول‌های انسانی را به خط (ردیف) می‌کنند، به ردیابی تغییرات ظریف محیطی کمک کرده و می‌توانند حس‌های یک فرد را تقویت کنند.

اینها مفاهیمی هستند که «فیلیپ گلاس» نامزد دکتری «نانوفناوری» و «نانوعلم» و مشاور او دکتر «داییا جونگ» در دانشکده فیزیک دانشگاه «کامنولت» ویرجینیا (Virginia Commonwealth) با حسگرهای چاپ مژک چاپ سه‌بعدی خود دنبال می‌کنند.

این دو محقق مشغول تحقیق و کاوشگری در حوزه علمی «حسگری مکانیکی» (mechanosensing) هستند. حسگری مکانیکی یک اصطلاح زیست‌شناختی برای اشاره به شیوه‌های مورد استفاده بدن برای گرفتن محرک‌های خارجی و ارسال آنها به مغز است که به حس‌هایی مانند لامسه، شنوایی، حرکت و درد منجر می‌شود. دریافت‌کننده‌های مکانیکی (Mechanoreceptors ) سلول‌ها یا ارگان‌هایی هستند که کار حسگری را انجام می‌دهند. اکنون آنها این مفهوم برگرفته از انسان را وارد حوزه ماشین‌ها و ربات‌ها می کنند.

«گلاس» در حالی که با افتخار حسگرهای ریز چاپ سه‌بعدی شبیه موی انسان را نشان می‌دهد، در این خصوص گفت: ما در انواع مختلفی از جاها می‌توانیم از این حسگرها استفاده کنیم. وی خاطرنشان کرد که فناوری‌های کنونی حسگری مکانیکی می‌توانند فشار مداوم ، فشار سریع و تغییرات دمایی را حس کنند اما حوزه‌ای که کمتر مورد کاوش قرار گرفته است، مفهوم نیروی کشیدنی (sliding) است؛ مثلا احساسی که روی پوست خود حس می‌کنید زمانی که لباسی را می‌پوشید یا در می‌آورید.

کاربرد دریافت‌کننده‌های ساخته این تیم تحقیقاتی در آینده مشخص می‌شود اما «گلاس» و «جونگ» به تعدادی از کاربردها در حوزه‌های صنعتی ، زیست محیطی و زیست‌پزشکی (بیومدیکال) اشاره می‌کنند.

این محققان خاطرنشان می‌کنند که کابردهای این فناوری می‌تواند شامل ربات‌های جراحی با حداقل تهاجم مجهز به دریافت‌کننده‌های مکانیکی مژکی برای ردیابی بهتر تغییرات کوچک در فشار یا دما، ماشین‌های صنعتی قادر به سنجش جریان هوا یا آب ، ربات قادر به خواندن خط بریل، یا شناسایی اشیای خارجی ریز بر روی لنز یک دوربین بسیار حساس باشد.

در مورد خواندن خط بریل ، مژک‌ها در یک ساختار شبیه به فرچه یا قلم مو (brush) مرتب شده و به یک ربات وصل شدند. ربات بر روی سطحی با علائم بریل بر روی آن حرکت کرد و داده‌های جمع‌آوری شده از ربات به درستی شکل الفبای بریل را نقشه‌برداری کردند. این فناوری پلتفرمی است که می‌تواند در شماری از صنایع از ساخت پروتز (اندام مصنوعی) گرفته تا تولیدات مستلزم سیالات دینامیک مورد استفاده واقع شود و مثلا می‌تواند انگشتان مصنوعی حساس‌تر به لمس را برای افراد بسازد.

این حسگرهای مژکی بر روی یک چاپگر سه‌بعدی سفارشی‌شده با استفاده از یک ماده موسوم به پلی‌کاپرولاکتون (polycaprolactone ) مخلوط شده با گرافن (یک ابر ماده نانویی بسیار رسانا) و یک حلّال (solvent ) که در معرض هوا خشک می‌شود، ساخته می‌شوند. چاپ سه‌بعدی همچنین به این محققان اجازه می دهد تا با انعطاف‌پذیری، صرفا با تغییر چند سطر از کدها، مژک‌هایی با اندازه‌های مختلف چاپ کنند.