حساسٌ جديد شبيهٌ بالجلد

تُعدُّ حواسنا الخمس بوابةً تربطنا بالعالم الخارجي، كذلك تعدُّ الحساساتُ صلةَ ربط الروبوتات بمحيطها، وتُعرف الحساسات أنها عناصر تنتج إشارةً تتعلق قيمتها بمقدار الكمية المقاسة، ويغلب أن يكون الخرج مقدارًا كهربائيًّا والدخلُ قيمةٌ فيزيائية.

تشكل الحساسات جزءًا مهمًّا من الروبوتات؛ لأنها تجمع أنواعَ المعلومات المختلفة، وتحولها المتحكماتُ إلى قيم كهربائية قابلة للمعالجة (1).

أنتج علماء في جامعة Cornell نوعًا جديدًا من حساسات الألياف الضوئية التي تجمع بين ال LEDs والأصبغة  dyes في خطوة جديدة نحو تطوير الحساسات، مُشكّلةً حساسًا قابلًا للتمدد على نحوٍ مشابه للجلد وقادرًا على تحسس قيم مختلفة مثل الضغط والانحناء والإجهاد مانحًا الأنظمةَ الروبوتية ومُستخدمي تقنية الواقع المعزز augmented reality حاسةَ اللمس التي تعتمدها الثدييات في التعامل مع محيطها (2).

اعتمد هذا المشروع حساسًا قابلًا للتمدد أنتجته Shepherd's Organic Robotics Lab عام 2016، يقيس ديود ضوئيٌّ فيه تغيرَ شدة الحزمة الضوئية المارة عبر مُوجِّه الموجة؛ ليُحدد زمنَ تَعرض الحساس لتشوه أو تغيير (2).

أما الحساس الجديد فاعتمد مُوجِّهًا ضوئيًّا قابلًا للتمدد من أجل التحسس المتعدد الخصائص SLIMS - Stretchable lightguide for multimodal sensing، ويتكون من أنبوب طويل يحتوي على محورين من لدائن البولي يوريثين polyurethane، أحدهما شفاف والآخر يحتوي على أصبغة تمتص الضوء موزعة في عدة أماكن على امتداد المحور ومرتبطة ب LED، ويُربط كل محور مع شريحة حساس RGB - Red,Green, Blue ويسجل التغيراتِ الهندسيةَ في مسار الضوء (2).

يؤمن هذا التصميم تعددَ أنواع خرج الحساس المُعبرة عن قيم الضغط والانحناء والاستطالة التي يتحسسها عبر إضاءة الأصبغة، ويُربط بنموذج رياضي بهدف فصل التغيرات المختلفة عن بعضها وتحديد أماكن كل منها وقيمها بدقة (2).

استلهم العالم Hedan bai -أحد مؤلفي هذا البحث الرئيسين- هذا التصميمَ من حساسات الألياف الضوئية المُوزِعة المَبينة من السيليكا DOFS - Distributed optical fibre sensors القادرة على قياس عدة بارامترات موزَعةٍ على امتداد الليف مثل الإجهاد والضغط والاهتزاز والحرارة والشكل الثلاثي الأبعاد ومقدار التدفق والحقل المغناطيسي والإشعاع وغيرها، وقد طُوِّت عديد من تقنيات DOFS بناءً على قياس التشتت الخلفي الفعلي Intrinsic backscattering، بما في ذلك تشتت Raman و Brillouin و Rayleigh، التي تعتمد قياسَ انعكاس المجال الزمني البصري OTDR - Optical time domain reflectometry وقياسَ انعكاس مجال التردد البصري OFDR - Optical frequency domain reflectometry 

(3).

وتتطلب ال DOFS أجهزةَ كشف عالية الدقة، وهنا تأتي أفضلية الحساس الجديد؛ إذ تملك الSLIMS القدرةَ على العمل مع أجهزة إلكتروضوئية صغيرة ذات دقة منخفضة، مما يجعلها أقلَ تكلفة ويجعل إنتاجَها سهلًا، إضافة إلى إمكانية دمجها بسهولة مع الأنظمة الصغيرة (2).

صمم الباحثون قفازًا باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد مع حساس SLIMS يمتد في كل أصبع من أصابع القفاز، مع بطارية ليثيوم بوصفها مصدرًا للطاقة، كذلك زُود بوحدة Bluetooth لإرسال المعلومات إلى برنامج صُمم لإعادة بناء حركة القفاز وتشوهاته في الزمن الحقيقي (2).

صورة القفاز:

فيديو يوضح آلية عمل القفاز المصمم من قبل الباحثون:

يعمل الباحثون أيضًا على إضافة الSLIMS إلى أنظمة الواقع المعزز، بهدف زيادة واقعيتها وإكسابها القدرةَ على إكساب مُستخدميها شعورَ اللمس ويقول Rob shepherd البروفيسور المسؤول عن البحث: "لنقل إنك تريد استخدامَ محاكاة في الواقع المعزز تعلمك كيفية إصلاح سيارتك أو تغيير العجلة، في حال كنت تمتلك قفازات أو شيء ما قادر على قياس الضغط إضافة إلى الحركة عندها سيتمكن برنامج الواقع المعزز من القول: أدر ثم توقف كي لا تشد الصواميل أكثر من اللازم، ليس هناك أي شيء حاليًا قادر على أداء ذلك، لكن هذه إحدى الطرائق لتحقيق ذلك". (2)

ستخلق هذه الحساسات نقلة نوعية في الروبوتات والواقع المعزز حالَ دمجها بهم.

برأيكم بمَ سنستخدم هذه الحساسات مستقبلًا؟

المصادر: