Güney Koreli araştırmacılardan oluşan bir araştırma grubu nanosaçlar arasındaki moleküller arası kuvvetlere dayanan yüksek duyarlıklı ve esnek olan basit bir sensör ürettirler. Bu sensör aygıtı insan derisine eşdeğer bir sentetiklikte üretilmiş. Burkulma kuvvetleri ve kesme kuvveti kadar basıncı ölçme ve ayırma kapasitesine sahip olan bu aygıt kolayca ve ekonomik olarak imal edilebileceği söyleniyor.
Bu uğurböceği Güney Koreli araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir sensörün test edilmesi için kullanıldı. Kın kanatlılar ya da uğur böcekleri nanosaçlar arasındaki moleküller arası kuvvetlere dayanan esnek sensörün yüzeyine yerleştirilmiştir. Bu böceklerin hareketleri yer değiştirme basıncı aracılığıyla haritalandırılmış. Seoul National University MBSLAB'ın izniyle.
İnsan derisinin niceliklerinde uygun bir sentetik sensörün üretilmesi zorluklara sahiptir çünkü son derece karmaşık halde üretilen sensörler üzerinde farklı tasarım kısıtlamaları söz konusudur. En önemlisi, zarar verilmeden el ve ayak parmakları gibi yüksek eğrilik alanları civarını sarmak için bu aygıtların yeterince ince ve esnek olması gerekiyor. Bu ise elektronikte silikon ve germanyum gibi yaygın bir şekilde kullanılan malzemeler yüzünden problemlidir. Çünkü bu malzemeler bir yığın durumunda sert ve kırılgandır.
Epidermal (Üstderi) Elektroniği
Değişik araştırma grupları çeşitli yöntemler kullanarak epidermal elektroniğinde ilerleme kaydetmekteler. Burada epidermal elektronik az önce ifade edilen şeylerin bir adı aslında, insan cildine sentetik olarak uygun sensörlerin geliştirildiği bir alan olarak düşünebiliriz. İşte bu yöntemler ve araştırma grupları ile ilgili bir örnek, Urbana’da Illinois Üniversitesi’nden John Roger’in araştırma grubu mikrometre boyutlu birbirinden ayrı silikon chipletleri (çipler) kesen ve onları esnek bir alttaşa ekleyebilen bir aktarma-baskı yöntemi kullanıyorlar. Bu yöntem araştırmacılara sadece Van der Waals kuvvetleri kullanılarak sanki cilde-deriye geçici dövme yapıştırır gibi deriye yapıştırılan kablosuz kalp hızı görüntüleyicileri oluşturmak için olanak sağlıyor. Başka gruplar da grafen veya karbon nanotüpler kullanarak esnek elektrik devreleri üretmeyi başardılar. Fakat böyle yaklaşımların deri gibi geniş bir alan üzerine etkiyen farklı türdeki kuvvetler arasındaki ayrımı ve ölçümü yapabilen uygunluğa sahip bir sensör üretimin gerçekçi olup olmadığı hakkında hala soru işaretleri var, çünkü bu elektronik devreler giderek karmaşıklaşmakta ve mühendislik her zamankinden daha fazla ciddileşmekte.
Seoul Ulusal Üniversitesi’nden (SNU) araştırmacılar uygulanan mekaniksel gerginlikten kaynaklanan bir yarıiletkenin elektriksel iletkenliğindeki değişimlere, piezodirence dayanan basit bir sensör yaptılar. Bu araştırmacıların tasarımında birbirinden ayrı ince iki katman halinde esnek bir polimer (polymethylsiloxane -PDMS-) kullanılıyor ve bunların her biri elektriği iletmek amacıyla çok ince bir platinyum ile kaplanıyor. Araştırmacılar sonra her iki polimerin katmanlarının iç yüzeyini yoğun bir kaplamayla platinyum kaplı nanosaçlar ile kapladılar. İç içe olan bu nanosaçlar arasındaki Van der Waals kuvvetleri polimerin iki katmanlarının birlikte işlenmelerine neden olur. Ancak nanosaçlar, saçların bir tarafa itilmesine karşı aynı anda eğilme şeklinde hareket ederek direnç gösterirler. Bu iki kuvvet denge konumunda birbirlerine denktir.
Dolayısıyla görüntüdeki bir uğur böceği basınca yani mekaniksel gerginliğe duyarlı olan böyle bir esnek sensör üzerinde hareket ettiğinde, nanosaçlar arasındaki molekküler arası kuvvetler, Van der Waals kuvvetleri her bir harekette değişerek elektrik iletimini sağlıyorlar. Böylelikle sensör üzerinde uğur böceğinin hareketi algılanmış ve haritalanmış olmakta basınca duyarlı bir şekilde. Bu bir çeşit piezoelektrik olayı sayılabilir aslında, örneğin giysilerimizde nanofiberlerden yapılan nanojeneratörler yoluyla her bir hareketimizde -yürümemiz, koşmamızda, oturup kalkmamızda- mekaniksel gerginlikte değişmeler olur işte bu değişimler yukarıda anlatılana benzemese de farklı bir yolla elektrik enerjisine dönüştürülüp akıllı giysilerin üretilmesine ön ayak olmaktadır. Bu akıllı giysilerle ilgili yayınladığım iki yazı var ilginizi çekiyorsa inceleyebilirsiniz: Akıllı Giysilere Bir Adım Daha ve Yeni Fiber Nanojeneratörler ile Giysiler Elektrik Üretebilir.
Yanıklar gibi istenmeyen nedenlerle oluşan deri kayıplarına çare olarak bilim dünyası yapay deride yeni gelişmelerin peşinde. Bir yapay deri içinse olmazsa olmazlardan biri sensörlerdir. Üstelik deriyle aynı sentetiğe ve insan derisi kadar olmasa bile belli bir esnekliğe bu sensörlerin sahip olması lazım. Derimizde nasıl sıcaklığı hissediyorsak nasıl bir şeylere dokunduğumuz hissini alıyorsak aynı şekilde yapay derimizde sıcaklığa, basınca duyarlı sensörler ile bu işlevler yerine getirilmesi umuluyor. Bu haber de basınca duyarlı yeni bir sensör uygulamasına ilişkindi ve bu yeni sensör uygulaması ile ilgili daha fazla ayrıntıya Tim Wogan tarafından kaleme alınan Physics World’deki şu yazıdan ulaşabilirsiniz.
Gökhan Atmaca – facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
