Kendini İyileştirme Yeteneğine Sahip Suya Dayanıklı Elektronik Cilt Geliştirildi

Singapur Ulusal Üniversitesi’nden (National University of Singapore “NUS”) bir grup bilim insanı, denizanası tarzı su altı omurgasızlardan ilham alarak, benzer özelliklere sahip bir elektronik deri geliştirme çalışmalarına başladı.

Elektronik deri tıpkı bir denizanasında olduğu gibi transparan, esneyip bükülebilir, dokunmaya karşı duyarlı, suya dayanıklı ve kendini iyileştirebilecek özelliklere sahip. Bu yeni gelişmeyle birlikte, artık suda yaşayan “yumuşak” robotlardan, suda problemsiz çalışacak dokunmatik ekranlara kadar bir dizi yeni teknolojinin de önü açılmış oldu. Hatta ve hatta, “su geçirmezlik” konusundaki temel becerilerimizde anlamlı bir ilerleme oldu.

Singapur Ulusal Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden Yardımcı Doçent Benjamin Tee ve ekibi, bu yeni malzemeyi Tsinghua Üniversitesi ve California Riverside Üniversitesi’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 Geçirmez ve Kendini İyileştirebilir

Benjamin kariyerinde uzun yıllardır elektronik deriler üzerine alışmakta. Ayrıca kendisi 2012 yılında ilk kez geliştirilen “kendi kendini iyileştirebilen elektronik deri” çalışmasında da bir araştırmacı olarak bulunmuş. 

Bu araştırma alanındaki tecrübesi O’nu, kendini iyileştiren elektronik derilerin henüz üstesinden gelemediği temel engelleri belirlemeye yöneltmiş. Kendisi bu konuyla ilgili “Günümüzde kendi kendini iyileştiren materyallerin karşılaştığı zorluklardan biri şeffaf olamamaları ve ıslandıklarında verimli çalışamamaları” diyor. “Bu dezavantajlar, onları genellikle yağışlı hava koşullarında kullanılması gereken dokunmatik ekranlar gibi elektronik uygulamalar için daha az kullanışlı hale getiriyor.”

Ve devam ediyor…

“Bu düşünce 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 üretebileceğimiz konusunu düşünmeye başladık.”

Ve Cevap Polimer Kimyasının Zengin Derinliklerinden Geliyor

Nihayet ekip bütün bu çabalar sonucu, flor bakımından zengin iyonik bir sıvıyla, florokarbon bazlı bir polimerden elde edilen jeli geliştirmeyi başardı. Ürettikleri yapay deride kullanılan bu malzemeler birleştirildiğinde, polimer ağı iyonik sıvı ile etkileşime girerek, yüksek oranda geri dönüşümlü iyon dipol etkileşimleri yoluyla kendi kendini iyileştirmesine izin veren mucizevi etkileşimi başlatmakta.

Bu yapının avantajlarını detaylandıran Tee, “Hidrojeller gibi çoğu iletken polimer jeli, suya batırıldığında ya da zamanla havayla etkileştikçe 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 çalışabilir. ”

Yeni Nesil Yumuşak Robotlar

Bu yeni nesil elektronik deri, üretim sürecinde mucizevi malzememizin bir elektronik devre üzerine yazdırılmasıyla hayata geçmiş oluyor.  Yumuşak ve eğilip bükülebilir bir malzeme olarak, elektronik özelleri; dokunulduğunda, baskı uygulandığında ve esnetildiğinde değişiyor. Bu nedenle Tee, “Bu değişiklikleri ölçebilir ve bunları çok sayıda farklı sensör uygulaması için okunabilir sinyallere dönüştürebiliriz” dedi ve ekledi:

“Materyalimizin 3 boyutlu yazdırma teknolojisine uygunluğu, özellikle robotik uygulamalarda kullanılmak üzere, bizlere tamamen transparan devre kartları basma potansiyelimizin olduğu gösteriyor. Bu malzemenin, ortaya çıkan yeni nesil yumuşak robot türlerinde çeşitli uygulamaları gerçekleştirmek için kullanılabileceğini umuyoruz”.

Benjamin Tee, malzeme bilimindeki kariyerinin yanında, aynı zamanda NUS’ta Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ve yine NUS’taki Küresel Sağlık Araştırma ve Teknolojileri Biyomedikal Enstitüsü (Biomedical Institute for Global Health Research and Technology “BIGHEART”) gibi bölümlerde de araştırmalar yürütmüştür.

Yumuşak robotlar ve genel olarak yumuşak elektronikler, biyolojik dokuları taklit ederek insan-makine etkileşimlerini mekanik olarak daha uyumlu hale getirmeyi amaçlarlar. Geleneksel yumuşak robot uygulamalarına ek olarak, bu yeni malzemenin su geçirmez teknolojisi, su altı robotların ve suya dayanıklı elektroniklerin tasarımını mümkün kılmaktadır.

Daha Temiz Bir Dünya İçin Anlamlı Bir İlerleme

Üstelik yalnızca burada da bitmiyor. Bu kendi kendini iyileştiren elektronik derinin bir başka avantajı ise atıkları azaltma potansiyeli. Tee bunu şu şekilde açıklıyor:

“Her yıl dünya genelinde, kırık cep telefonu ve tablet gibi tüketici elektroniği ürünlerinden milyonlarca ton elektronik atık çıkıyor. Akıllı malzemelerden yapılmış elektronik cihazların dünyadaki elektronik atık miktarını azaltmak için kendi kendine onarım işlevlerini yerine getirebilecekleri bir gelecek yaratmayı umuyoruz.”

Bugün dünya genelinde, özellikle de ekran yapımında kullanılan bazı elementler, nadir bulunmaları ve aşırı tüketilmeleri sonucu en fazla birkaç yıl kullandıktan sonra çöp haline gelecek elektronik aygıtların yapımında kullanılıyor. Bugüne dek bu amaç doğrultusunda, üreticileri değişime zorlayacak, mevcut endüstriyel eğilimleri değiştirme gücüne sahip alternatif malzemeler üretilemedi. Buna en güzel örnek ekran teknolojisinde kullanılan “indiyum”dur. Ne yazık ki bugün ve gelecekteki yeni nesil ekran teknolojilerinin de bir çoğu indiyuma dayanmaktadır.

Bir Sonraki Adım

Benjamin Tee ve ekibi bu yeni malzeme üzerindeki araştırmalarına devam ediyorlar ve yakın bir gelecekte malzemenin daha başka potansiyel özelliklerini keşfederek etkin bir şekilde kullanmayı amaçlıyorlar.

Tee, “Şu anda, yeni nesil bir çok makina – insan iletişim arayüzlerinde kullanılmasını umduğumuz yeni optoelektronik cihazlar yapmak için malzemenin kapsamlı özelliklerini kullanıyoruz” dedi.

Makina ve insan arasındaki iletişimi sağlayan arayüzlerde, dokunma ve dokunarak algılama gibi özellikler halen insanımsılaştırılamamış durumda. Parmak ucundaki dokunma hissi ve rüzgar, sıcaklık, ıslaklık hissetme gibi temel dokunsal algıları başarılı bir şekilde taklit edebilmek; protezler, oyun endüstrisi ve arayüzle kontrol edilen makinelerde kullanması amaçlanan, oldukça popüler bir araştırma alanı.