Giyilebilir elektronik alanında büyük bir atılım gerçekleştiren İçviçre’deki EPFL araştırmacıları, orijinal uzunluğunun on katından fazla uzatıldığında bile tam işlevselliğini koruyan, fiber tabanlı bir elektronik sensör geliştirdiler. Bu atılım, akıllı giysilerin, fiziksel rehabilitasyon ekipmanlarının ve yumuşak robotların geleceğini değiştirebilir.
EPFL Mühendislik Fakültesi'ndeki Fotonik Malzemeler ve Fiber Aygıtlar Laboratuvarı (FIMAP) tarafından geliştirilen bu teknolojide, oda sıcaklığında sıvı halde kalan, mükemmel elektriksel iletkenlik sunan indiyum ve galyumun güvenli ve esnek bir karışımı olan ‘sıvı metal’ kullanılıyor. FIMAP Başkanı Fabien Sorin, sıvı metallerin işlenmesinin zorluğuna dikkat çekerek, yüksek ve kararlı iletkenliği esneklikle birleştiren elektronik fiberler üretmenin özellikle güç olduğunu ifade etti.
TERMAL ÇEKME YÖNTEMİ
EPFL ekibi, geleneksel olarak optik fiber üretmek için kullanılan bir teknik olan termal çekmeyi kullanarak bu sorunun üstesinden geldi. Sorin, termal çekme yöntemini, hassas elektronik özelliklere sahip fiber sensörler üretmek için büyük ölçüde basitleştirilmiş bir sürece entegre ettiklerini ve bu sayede geliştirdikleri fiberlerin, spor ve sağlık izleme uygulamaları için akıllı tekstiller açısından umut vadeden adaylar haline geldiğini belirtti.
SIVI METAL AKTİVASYONU
Süreç, sıvı metal bileşenlerinin 3 boyutlu bir desende dikkatlice düzenlendiği ‘ön form’ ile başlıyor. Daha sonra bu ön form, erimiş plastik gibi ısıtılıp gerilerek, aynı karmaşık iç yapıyı koruyan ince lifler üretiliyor. Doktora öğrencisi ve baş yazar Stella Laperrousaz'a göre, bu 3 boyutlu desen, çığır açan buluşun anahtarıdır ve tek bir lifin hangi alanlarının elektriksel olarak aktif veya yalıtkan olduğunu belirlemelerine olanak tanır.
Laperrousaz, ön kalıbı ısıtma ve germe işleminin, yumuşak bir elastomer matrisle karıştırılan sıvı metaldeki küçük damlacıkları kırdığını ve sıvı metali aktive ettiğini açıkladı. Bu sayede, hangi alanların aktif hale geleceği kontrol edilerek tek bir elyafın işlevselliğinin hassas bir şekilde ayarlanabildiği belirtildi.
10 KAT DAHA ESNEK
Yapılan testler, bu liflerin on kattan fazla gerildiklerinde bile oldukça hassas kaldığını ve deforme olduklarında elektriksel performanslarını sıklıkla kaybeden geleneksel gerilebilir sensörlerden daha iyi performans gösterdiğini ortaya koydu. İletkenlik, elastikiyet ve basit işleme arasındaki bu denge, EPFL'nin yöntemini giyilebilir uygulamalar için özellikle çekici kılıyor.
Potansiyelini kanıtlamak için ekip, lifleri kullanıcının hareketlerini takip edebilen yumuşak bir dizlik içine yerleştirdi. Destek, denek yürürken, koşarken, çömelirken ve zıplarken eklem bükülmesini başarıyla izledi ve kişinin koşu yürüyüşünü hassas bir şekilde yeniden oluşturdu.
Sorin, entegrasyon kolaylığı sayesinde bu fiberin, hareketi izlemek ve ayak bileği, omuz veya bilek gibi diğer eklemlerdeki anormallikleri tespit etmek için kolayca kullanılabileceğini ekledi. Bu fiber, yeterli ölçeklendirmeyle metrelerce, hatta kilometrelerce kumaşa entegre edilebilir ve bu tür kumaşlar daha sonra giyilebilir cihazlar, yumuşak protezler veya robotik uzuvlar için sensörler üretmek için kullanılabilir.
