مواد و ساخت پیشرفته

در چند دهه گذشته شاهد پیشرفت‌های خیره‌کننده در فناوری تصویربرداری بوده‌ایم، از حسگرهای نوری پرسرعت که بیش از دو میلیون فریم در ثانیه پردازش می‌کنند تا دوربین‌های کوچک بدون لنز که تصاویر را با استفاده از تنها یک پیکسل ضبط می‌کنند.

طی تحقیق که در Advanced Materials منتشر شده است، محققان سانکن (موسسه تحقیقات علمی و صنعتی) در دانشگاه اوزاکای ژاپن یک حسگر نوری را بر روی یک صفحه بسیار نازک و انعطاف‌پذیر ساخته‌اند که می‌تواند بدون شکستن خم شود. در واقع این سنسور به قدری منعطف است که حتی پس از مچاله شدن به صورت توپ نیز کار خواهد کرد. در ساختار یک دوربین، حسگر نوری به دستگاهی اطلاق می‌شود که نوری را که از یک لنز عبور کرده است، مشابه شبکیه چشم انسان حس می‌کند.

ری کاواباتا، نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید حسگرهای نوری معمولی با استفاده از نیمه‌رساناهای معدنی و مواد فروالکتریک ساخته می‌شوند. این امر باعث می‌شود حسگرها سفت شوند و نتوانند خم گردند. برای جلوگیری از این مشکل، ما روشی متفاوت را برای تشخیص نور بکار گرفتیم و به جای حسگرهای نور سنتی، مجموعه‌ای از آشکارسازهای نوری نانولوله‌ای کربنی استفاده شد که روی یک بستر پلیمری بسیار نازک (کمتر از 5 میکرومتر) چاپ شده‌اند.

آنها هنگامیکه در معرض نور قرار می‌گیرند، نانولوله‌های کربنی گرم می‌شوند و یک شیب حرارتی ایجاد می‌کنند که سپس یک سیگنال ولتاژ تولید می‌نماید. تغلیظ نانولوله‌ها با حامل‌های شیمیایی در حین چاپ، حساسیت آنها را بیشتر می‌کند. با استفاده از این نانولوله‌ها می‌توان نور مرئی و همچنین نور مادون قرمز مانند آنهایی که مربوط به گرما یا مولکول‌ها است اندازه‌گیری کرد.

همراه با حسگرهای نانولوله کربنی، ترانزیستورهای آلی نیز بر روی بستر پلیمری چاپ می‌شوند تا سیگنال‌های ولتاژ را در یک سیگنال تصویر سازماندهی کنند. برای خواندن این سیگنال، کامپیوتر نیازی به اتصال فیزیکی با سیم به حسگر ندارد. در عوض، یک ماژول بلوتوث بیسیم استفاده می‌شود. تپه اراکی نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید همراه با این سیستم بیسیم، تصویرگر ما می‌تواند به اجسام نرم و خمیده برای تجزیه و تحلیل سطوح یا داخل آنها بدون آسیب رساندن به آنها متصل کند.

محققان یک نمونه اولیه از این حسگر نوری ورقه‌ای ساختند و توانایی آن را در حس گرما از آبژه‌هایی مانند انگشتان انسان یا سیم و همچنین گلوکز در لوله‌ها آزمایش کردند. آنها دریافتند که حسگر نوری حساسیت بالایی در طیف گسترده‌ای از طول موج‌ها دارد. علاوه بر این، در دمای اتاق و شرایط جوی، آزمایش‌ها نشان داد که دوام خمشی بالایی دارد و حتی پس از مچاله شدن نیز کار می‌کند.

مزایای منحصر به فرد این سیستم اندازه‌گیری بیسیم و حسگر نوری نوع ورقه‌ای، به راه‌های جدید و ساده‌تر برای انجام بسیاری از وظایف مانند ارزیابی کیفیت مایع بدون نیاز به نمونه‌برداری منجر می‌شود. همچنین این محققان بر این باورند که در بسیاری از کاربردها مانند تصویربرداری غیرمخرب، دستگاه‌های پوشیدنی و روباتیک نرم نیز نویدبخش است.

منبع