Singapur Ulusal Universitesi ’nden (National University of Singapore “NUS”) bir grup bilim insanı, denizanası tarzı su altı omurgasızlardan ilham alarak, benzer ozelliklere sahip bir elektronik deri geliştirme calışmalarına başladı.
Elektronik deri tıpkı bir denizanasında olduğu gibi transparan, esneyip bukulebilir, dokunmaya karşı duyarlı, suya dayanıklı ve kendini iyileştirebilecek ozelliklere sahip. Bu yeni gelişmeyle birlikte, artık suda yaşayan “yumuşak” robotlardan, suda problemsiz calışacak dokunmatik ekranlara kadar bir dizi yeni teknolojinin de onu acılmış oldu. Hatta ve hatta, “su gecirmezlik” konusundaki temel becerilerimizde anlamlı bir ilerleme oldu.
Singapur Ulusal Universitesi, Muhendislik Fakultesi, Malzeme Bilimi ve Muhendisliği Bolumu ’nden Yardımcı Docent Benjamin Tee ve ekibi, bu yeni malzemeyi Tsinghua Universitesi ve California Riverside Universitesi ’nin işbirlikleri ile geliştirmeyi başardı.
8 araştırmacıdan oluşan bu ekibin malzemeyi geliştirmesi, şaşırtıcı bir şekilde yalnızca 1 yıldan biraz uzun bir zamanı aldı ve bu yeni icat ilk olarak 15 Şubat 2019 tarihinde Nature Electronics dergisinde yayımlandı.
Şeffaf, Su Gecirmez ve Kendini İyileştirebilir
Benjamin kariyerinde uzun yıllardır elektronik deriler uzerine alışmakta. Ayrıca kendisi 2012 yılında ilk kez geliştirilen “kendi kendini iyileştirebilen elektronik deri” calışmasında da bir araştırmacı olarak bulunmuş.
Bu araştırma alanındaki tecrubesi O ’nu, kendini iyileştiren elektronik derilerin henuz ustesinden gelemediği temel engelleri belirlemeye yoneltmiş. Kendisi bu konuyla ilgili “Gunumuzde kendi kendini iyileştiren materyallerin karşılaştığı zorluklardan biri şeffaf olamamaları ve ıslandıklarında verimli calışamamaları” diyor. “Bu dezavantajlar, onları genellikle yağışlı hava koşullarında kullanılması gereken dokunmatik ekranlar gibi elektronik uygulamalar icin daha az kullanışlı hale getiriyor.”
Ve devam ediyor…
“Bu duşunce aklımızın bir kenarında kalmaya devam etti ve bir yandan da denizanalarına bakmaya başladık. Transparanlar ve ıslak ortamda etrafı hissedebiliyorlar. Bu nedenle denizanası doğasını taklit ederek, suya dayanıklı ve dokunmaya duyarlı bir yapay malzeme yi nasıl uretebileceğimiz konusunu duşunmeye başladık.”
Ve Cevap Polimer Kimyasının Zengin Derinliklerinden Geliyor
Nihayet ekip butun bu cabalar sonucu, flor bakımından zengin iyonik bir sıvıyla, florokarbon bazlı bir polimerden elde edilen jeli geliştirmeyi başardı. Urettikleri yapay deride kullanılan bu malzemeler birleştirildiğinde, polimer ağı iyonik sıvı ile etkileşime girerek, yuksek oranda geri donuşumlu iyon dipol etkileşimleri yoluyla kendi kendini iyileştirmesine izin veren mucizevi etkileşimi başlatmakta.
Bu yapının avantajlarını detaylandıran Tee, “Hidrojeller gibi coğu iletken polimer jeli, suya batırıldığında ya da zamanla havayla etkileştikce kabarır ve şişer. Geliştirdiğimiz bu malzemeyi farklı kılan şey; hem ıslak hem de kuru ortamda şeklini koruyabilmesi ve ıslak ortamlar dışında, deniz suyunda ve hatta asitli ya da alkali ortamlarda bile iyi calışabilir. ”
Yeni Nesil Yumuşak Robotlar
Bu yeni nesil elektronik deri, uretim surecinde mucizevi malzememizin bir elektronik devre uzerine yazdırılmasıyla hayata gecmiş oluyor. Yumuşak ve eğilip bukulebilir bir malzeme olarak, elektronik ozelleri; dokunulduğunda, baskı uygulandığında ve esnetildiğinde değişiyor. Bu nedenle Tee, “Bu değişiklikleri olcebilir ve bunları cok sayıda farklı sensor uygulaması icin okunabilir sinyallere donuşturebiliriz” dedi ve ekledi:
“Materyalimizin 3 boyutlu yazdırma teknolojisine uygunluğu, ozellikle robotik uygulamalarda kullanılmak uzere, bizlere tamamen transparan devre kartları basma potansiyelimizin olduğu gosteriyor. Bu malzemenin, ortaya cıkan yeni nesil yumuşak robot turlerinde ceşitli uygulamaları gercekleştirmek icin kullanılabileceğini umuyoruz”.
Benjamin Tee, malzeme bilimindeki kariyerinin yanında, aynı zamanda NUS ’ta Elektronik ve Bilgisayar Muhendisliği Bolumu ve yine NUS ’taki Kuresel Sağlık Araştırma ve Teknolojileri Biyomedikal Enstitusu (Biomedical Institute for Global Health Research and Technology “BIGHEART”) gibi bolumlerde de araştırmalar yurutmuştur.
Yumuşak robotlar ve genel olarak yumuşak elektronikler, biyolojik dokuları taklit ederek insan-makine etkileşimlerini mekanik olarak daha uyumlu hale getirmeyi amaclarlar. Geleneksel yumuşak robot uygulamalarına ek olarak, bu yeni malzemenin su gecirmez teknolojisi, su altı robotların ve suya dayanıklı elektroniklerin tasarımını mumkun kılmaktadır.
Daha Temiz Bir Dunya İcin Anlamlı Bir İlerleme
Ustelik yalnızca burada da bitmiyor. Bu kendi kendini iyileştiren elektronik derinin bir başka avantajı ise atıkları azaltma potansiyeli. Tee bunu şu şekilde acıklıyor:
“Her yıl dunya genelinde, kırık cep telefonu ve tablet gibi tuketici elektroniği urunlerinden milyonlarca ton elektronik atık cıkıyor. Akıllı malzemelerden yapılmış elektronik cihazların dunyadaki elektronik atık miktarını azaltmak icin kendi kendine onarım işlevlerini yerine getirebilecekleri bir gelecek yaratmayı umuyoruz.”
Bugun dunya genelinde, ozellikle de ekran yapımında kullanılan bazı elementler, nadir bulunmaları ve aşırı tuketilmeleri sonucu en fazla birkac yıl kullandıktan sonra cop haline gelecek elektronik aygıtların yapımında kullanılıyor. Bugune dek bu amac doğrultusunda, ureticileri değişime zorlayacak, mevcut endustriyel eğilimleri değiştirme gucune sahip alternatif malzemeler uretilemedi. Buna en guzel ornek ekran teknolojisinde kullanılan “indiyum”dur. Ne yazık ki bugun ve gelecekteki yeni nesil ekran teknolojilerinin de bir coğu indiyuma dayanmaktadır.
Bir Sonraki Adım Yardımcı Docent Benjamin Tee (Arka sırada sağda), calışmayı yuruttuğu Singapur Ulusal Universitesi ’ndeki laboratuvarında ekibiyle birlikte Benjamin Tee ve ekibi bu yeni malzeme uzerindeki araştırmalarına devam ediyorlar ve yakın bir gelecekte malzemenin daha başka potansiyel ozelliklerini keşfederek etkin bir şekilde kullanmayı amaclıyorlar.
Tee, “Şu anda, yeni nesil bir cok makina – insan iletişim arayuzlerinde kullanılmasını umduğumuz yeni optoelektronik cihazlar yapmak icin malzemenin kapsamlı ozelliklerini kullanıyoruz” dedi.
Makina ve insan arasındaki iletişimi sağlayan arayuzlerde, dokunma ve dokunarak algılama gibi ozellikler halen insanımsılaştırılamamış durumda. Parmak ucundaki dokunma hissi ve ruzgar, sıcaklık, ıslaklık hissetme gibi temel dokunsal algıları başarılı bir şekilde taklit edebilmek; protezler, oyun endustrisi ve arayuzle kontrol edilen makinelerde kullanması amaclanan, oldukca populer bir araştırma alanı.