Kulit Elektronik Super Sensitif dan Fleksibel Deteksi Sensor Tekanan Rendah

Tinuku
(KeSimpulan) Kulit buatan mendeteksi sentuhan lembut. Material super sensitif dapat mendeteksi benda seberat badan lalat hijau atau kupu-kupu.

Kulit elektronik buatan yang dapat mendeteksi sentuhan lembut telah dikembangkan oleh dua tim peneliti AS. Akhirnya kulit dapat digunakan untuk prosthetics atau perangkat robot sentuh yang sensitif. Kedua sistem mendeteksi perubahan tekanan kurang dari satu kilopascal, sama seperti tekanan yang dirasakan oleh jari-jari kita sehari-hari ketika mengetik atau mengambil pena.

Perangkat ini lebih peka daripada sistem sebelumnya yang mendeteksi tekanan dalam puluhan kilopascals lebih atau hanya mendeteksi tekanan statis sehingga setelah benda duduk di kulit, perangkat tidak bisa merasakan lagi.

Kedua perangkat yang dilaporkan pekan lalu di Nature Materials, bekerja dengan cara yang berbeda. Zhenan Bao, kimiawan dari Stanford University, California, dan rekan-rekannya menggunakan elastic polymer polydimethylsiloxane (PDMS). Bao mengambil sepotong PDMS seukuran 6 sentimeter persegi dengan potongan berbentuk piramida. Ketika PDMS terjepit, lubang-lubang berbentuk piramida yang sebelumnya terisi udara menjadi penuh dengan PDMS, mengubah kapasitansi perangkat atau kemampuannya dalam menahan muatan listrik.

Untuk membuatnya lebih mudah dalam mendeteksi perubahan kapasitansi, Bao menjebak kapasitor PDMS ke transistor organik yang dapat membaca perbedaan sebagai proses perubahan. Tim menggunakan kotak transistor untuk melacak perubahan tekanan pada titik material berbeda.

Untuk menguji kulit sensitif sentuhan ringan berbasis PDMS tersebut, Bao menempatkan lalat hijau dan kupu-kupu di atasnya. Meskipun perangkat ini sensitif, masih belum ideal untuk keperluan kulit palsu karena tidak dapat melar. Namun, Bao berharap membangun kulit yang dapat diregang dengan menggunakan prototipe prosthetics pada akhir tahun ini.

"Membuat biokompatibel dan memungkinkan diintegrasikan dengan hewan atau jaringan nyata menjadi target jangka panjang," kata Bao.

Jenis kulit buatan lainnya dikembangkan oleh Ali Javey dari University of California, Berkeley, dan rekan-rekannya. Dengan pendekatan yang berbeda, Javey menggunakan kawat nano semikonduktor yang ditarik ke dalam bentuk grid menggunakan teknik yang disebut contact printing. Grid tersebut kemudian diletakkan pada karet fleksibel bertekanan sensitif (material dengan perubahan hambatan listrik di bawah tekanan).

Dalam grid 7 sentimeter persegi dimana persimpangan nanowires bertindak sebagai transistor. Setiap transistor seperti pixel dan tekanan akibat perubahan arus pada setiap posisi individu dapat terbaca. Karena dibuat terutama dari karet, perangkat menjadi bendy.

"Karena kita menggunakan semikonduktor anorganik sangat kecil, perangkat sangat fleksibel," kata Javey yang membelokan sensor menjadi bentuk U dengan masing-masing lengan pemisah U pada jarak hanya 5 mm dan masih bekerja.

Namun, bekerja dengan kulit buatan perlu melakukan lebih dari mendeteksi tekanan dan membungkuk. "Kulit prostetik terutama harus bersikap seperti kulit kita sendiri," kata Stephanie Lacour, materiolog dari Universitas Cambridge, Inggris. Artinya, kulit mampu mendeteksi kekuatan geser ke samping (seperti yang dihasilkan oleh garukan) serta tekanan. "Ini adalah salah satu hal yang paling sulit untuk diterapkan," kata Lacour.

Javey sependapat bahwa ada banyak tantangan untuk membangun kulit buatan dengan fungsi penuh, paling tidak mengintegrasikan kulit dengan otak. Tetapi aplikasi pada robot bisa datang lebih cepat. Langkah berikutnya adalah untuk meningkatkan produksi sehingga kulit buatan dapat dibuat cukup untuk menutupi seluruh tubuh robot, kata Javey.

John Boland, kimiawan dari Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices di Trinity College Dublin, mengatakan bahwa fleksibilitas perangkat Javey dan kepekaan untuk tekanan sensitif perangkat Bao memungkinkan suatu hari dimanfaatkan ke dalam kulit dengan menggabungkan kedua karakteristik.

Meskipun tetap tantangan (penyampaian informasi dari kulit sehingga mudah untuk menafsirkan), Boland terkesan dengan hasil kerja kedua tim. Kulit bisa merevolusi dari perangkat prostetik atau dapat digunakan untuk membantu dokter bedah merasa seperti mereka saat melakukan operasi invasif minimal. "Mereka sudah pindah ke materi yang fleksibel, itu hal yang kritis dan mereka berdua memberikan akses sensitivitas low-level," kata Boland.
  1. Stefan C. B. Mannsfeld, Christopher V. H-H. Chen, Soumendra Barman, Beinn V. O. Muir, Anatoliy N. Sokolov, Colin Reese, Zhenan Bao (Department of Chemical Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, USA); Benjamin C-K. Tee (Department of Electrical Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, USA) and Randall M. Stoltenberg (Department of Chemistry, Stanford University, Stanford, California 94305, USA). Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers, Nature Materials: 2010, DOI:10.1038/nmat2834
  2. Kuniharu Takei, Toshitake Takahashi, Johnny C. Ho, Paul W. Leu, Ali Javey (Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94702, USA; Berkeley Sensor and Actuator Center, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94720, USA; Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA); Hyunhyub Ko (Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94702, USA; Berkeley Sensor and Actuator Center, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94720, USA; Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA; School of Nano-Biotechnology & Chemical Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology, Ulsan Metropolitan City 689-798, South Korea); Ronald S. Fearing (Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94702, USA); Andrew G. Gillies (Department of Mechanical Engineering, University of California at Berkeley, Berkeley, California 94702, USA). Nanowire active-matrix circuitry for low-voltage macroscale artificial skin, Nature Materials: 2010, DOI:10.1038/nmat2835
  3. John J. Boland (School of Chemistry and the CRANN Nanoscience Institute, Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland). Flexible electronics: Within touch of artificial skin, Nature Materials: 2010, DOI:10.1038/nmat2861
  4. Katharine Sanderson. Nature: 2010, doi:10.1038/news.2010.463
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment