ساخت حسگرهای نوین گرافینی در نهایت به ایجاد بسترهایی انجامیده است که امکان کنترل دقیق ربات‌ها را فراهم می‌کند. این امکانات در زمینه سلامت و سایر صنایع اثرات مثبت بسیاری دارند. حسگرهای گرافینی-سیلیکونی با طول عمر و حساسیت بالا گزینه مناسب بعدی هستند. در ادامه این مقاله از مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی این حسگرها را بیشتر معرفی خواهیم کرد.

بسترهای مغز و ماشین(BMI) به افراد اجازه می‌دهند انواع دستگاه‌ها را با کمک امواج مغزی هدایت کنند. بنابراین یک BMI مانند یک دستگاه کنترل بدون دخالت دست یا صدا است. با در نظر گرفتن این حقیقت پتانسیل بالای بسترهای مغز و ماشین در هدایت ربات‌ها، پروتزهای بیونیک و ماشین‌های خودران واضح است.

اجزای بستر مغز و ماشین

یک BMI‌ را به طور معمول از سه ماژول می‌سازند. یک حسگر خارجی برانگیزاننده، یک بستر حسی، و یک واحد پردازش ویژه سیگنال‌های مغز. از این سه ماژول، بستر حسی به علت وظیفه‌ای که در آشکارسازی و تشخیص فعالیت الکتریکی لایه‌های بیرونی مغز دارد، مهم است. این بخش cerebral cortex نامیده می‌شود. cerebral cortex به فرآیندهای رده بالا مانند کارایی حرکتی بدن اختصاص دارد.

بخشی از cerebral cortex که visual cortex نام دارد. این بخش مسئول پردازش و دریافت اطلاعات ارسالی از سوی چشم است. بنابراین visual cortex بخشی از مغز است که دانشمندان در ساخت BMIهای وابسته به حرکت چشم از آن استفاده می‌کنند. این بخش در پس مغز است، در لوب پس سری.

حسگرهای پوشیدنی مانند الکترودهای EEG این امواج را ثبت می‌کنند. استفاده از الکترودهای EEG و سایر حسگرهای غیرتهاجمی در پس سر به علت وجود مو در این بخش مشکل است.

مقایسه حسگرهای خشک و تر برای سامانه EEG

حسگرهای تر به یک ژل رسانا روی جمجمه و مو وابسته هستند. اما این ژل همزمان با تکان خوردن کاربر حسگر را هم جابه‌جا می‌کند. حسگرهای خشک نیز مشکلات خود را دارند. حسگرهای خشک نسبت به حسگرهای تر رسانندگی کمتری دارند. همچنین با توجه به شکل گرد سرحفظ نقطه تماس آن‌ها با کف سر دشوار است.

پژوهشگران دانشگاه صنعتی سیدنی (UTS) این مشکلات را با توسعه حسگرهای خشک حاوی گرافین حل کردند. گرافین ذکر شده یک لایه تک اتمی از کربن شش‌گوش است که که هزار بار نازک‌تر از موی انسان و دویست باز مقاوم‌تر از استیل است.

مزیت های حسگرهای گرافینی-سیلیکونی

گرافین یک ماده نازک با رسانندگی بالا الکتریکی است. لذا یک ماده مناسب برای ساخت حسگرهای زیستی خشک است. مقاومت به خوردگی در برابر عرق انسان آن را برای استفاده روی سر مناسب می‌کند.

پژوهشگران دریافتند که ترکیب گرافین و سیلیکون یک حسگر مقاوم می‌سازد که کمتر از یک نانومتر ضخامت دارد. به عقیده Francesca Iacopi، یکی از نویسندگان مقاله پژوهش مرتبط با این حسگر، استفاده از علم روز در ساخت مواد گرافینی در ترکیب با سیلیکون مشکل خوردگی را حل می‌کند. همزمان طول عمر وسیله را افزایش داده و مقاومت الکتریکی آن در مجاورت پوست آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای ساخت حسگرهای پوشیدنی خشک تبدیل می‌کند.

پژوهشگران این حسگر را با آرایش‌های مختلف اتمی (مربعی، شش گوش، ستونی و نقطه‌ای) آزمایش کردند. آنان دریافتند که حسگرهای دارای گرافین شش گوش با کمترین امپدانس روی پوست گزینه مناسبی برای ساخت BMIها هستند.

حسگرهای دارای گرافین شش‌گوش روی جمجمه و در پس سر برای آشکارسازی امواج مغزی visual cortex قرار می‌گیرند. سپس کاربر لنز واقعیت افزوده را به چشم می‌زند. روی این لنز مربع‌های سفیدی وجود دارد. با تمرکز روی یک مربع، حسگرهای زیستی امواج مغزی ایجاد شده را آشکار می‌کنند. سپس یک واحد مترجم این سیگنال‌ها را به فرمان‌های حرکتی ترجمه می‌کند.

آینده حسگر گرافینی سیدنی

هم‌اکنون فناوری ساخته شده در دانشگاه سیدنی در دو ثانیه حداقل نه فرمان را صادر می‌کند. به این معنا که نه دستور مختلف وجود دارد که کاربران یکی را انتخاب می‌کنند.

سربازان ارتش استرالیا در یک آزمایش از این BMI با حسگر گرافینی یک ربات چهارپا را کنترل کردند. این وسیله امکان هدایت ربات را بدون دخالت دست با دقت ۹۴ درصد فراهم کرد.

پژوهشگران در پی توسعه طرح خود، تعادلی میان سطح در دسترس گرافین، توانایی قرارگیری روی مو و حفظ تماس حسگر با جمجه را دنبال می‌کنند. هرچند آنان به کارایی مطلوب خود دست نیافته‌اند،‌ حسگر کنونی را باید فناوری موثری برای بیماران دارای ناتوانی جسمی، کاربران ویلچر یا پروتز و غیره دانست.

آیا گزینه بعدی لگو پس از ویلچر، اسکلت بیرونی خواهد بود؟
ارتباط پنهان میان اسکلت بیرونی و تولید فیلم و تلویزیون

مقاله مربوط به این پژوهش در ACS Applied Nano Materials به چاپ رسیده است.