محققان موسسه فناوری جورجیا با استفاده از هزاران سیم در مقیاس نانو، ابزار حسگری جدید را طراحی کرده‌اند که فشار مکانیکی ناشی از یک امضا یا اثرانگشت را مستقیما به سیگنال‌های روشنایی تبدیل می‌کند و می‌توان این سیگنال‌ها را پردازش کرد.

به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، ابزار حسگر جدید می‌تواند حس لامسه مصنوعی را ارائه دهد و حساسیت قابل‌مقایسه با حساسیت پوست انسان را تولید کند.

به جز جمع‌آوری امضاها و اثرات انگشت، می‌توان از این تکنیک در تصویربرداری زیستی و سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) استفاده کرد.

این فناوری همچنین رویکرد جدیدی را برای رابط‌های انسان-ماشین ارائه می‌دهد.

به گفته ژونگ لین از موسسه فناوری جورجیا، می‌توان با خودکار نوشت و این حسگر به طور نوری آنچه که فرد می‌نویسد را با تفکیک‌پذیری بالا و با نرخ پاسخ‌دهی بسیار سریع شناسایی کند.

نانوسیم‌های اکسید روی منفرد بخشی از ابزاری هستند که هنگامی که تحت فشار ناشی از فشار مکانیکی قرار می‌گیرند، به عنوان ال ای دی ‌های ریز عمل می‌کنند.

این ال ای دی‌ها به ابزار ابداعی امکان ارائه اطلاعات دقیق در خصوص میزان فشار اعمال‌شده را می‌دهند.

این فناوری موسوم به piezo-phototronic شیوه جدیدی برای گیراندازی اطلاعات در مورد فشار اعمال‌شده را با تفکیک‌پذیری بسیار بالا (تا شش هزار و 300 دات در اینچ) در اختیار می‌گذارد.

مواد پیزوالکتریک هنگامی که تحت فشار قرار می‌گیرند، پلاریزاسیون بار را تولید می‌کنند.

ابزار piezo-phototronic بر قانون فیزیکی برای تنظیم‌کردن و کنترل انتقال بار و بازترکیب توسط بارهای پلاریزاسیون حاضر در انتهاهای نانوسیم‌های منفرد متکی است.

این نانوسیم‌ها که در نوک فیلم نیترید گالیم (GaN) رشد داده می‌شوند، ساطع‌کننده‌های نوری پیکسل‌بندی‌شده‌ای را تولید می‌کنند که بازدهی آن‌ها با فشار متغیر است و سیگنال الکترودرخشانی را خلق می‌کنند که می‌تواند با فوتونیک‌ موجود بر روی تراشه برای انتقال، پردازش و ضبط داده یکپارچه شود.

به گفته دانشمندان حاضر در این پروژه، هنگامی که یک نانوسیم اکسید قلع تحت فشار است، شارژ پیزوالکتریکی در هر دو انتها شکل می‌گیرد، که پتانسیل پیزوالکتریکی را تولید می‌کند.

حضور این پتانسیل ساختار کامل را در سیم مختل کرده و موجب ماندن طولانی‌تر الکترون‌ها در تقاطع p-n و افزایش کارایی ال ای دی می‌شود.

افزایش این کارایی در ال ای دی با فشار ایجادشده متناسب است و تفاوت در مقادیر فشار اعمال‌شده به تفاوت در نور ساطع‌شده از ریشه‌ تبدیل می‌شود. در این ریشه نانوسیم‌ها با فیلم نیترید گالیم تماس دارند.

زمانی که فشار از طریق نوشتن با دست به ابزار ابداعی اعمال می‌شود، نانوسیم‌ها در طول جهت‌های محوری‌شان فشرده شده و یک پتانسیل پیزو را خلق می‌کنند، در حالی که دیگر نانوسیم‌ها دارای هیچ پتانسیلی نیستند.

محققان حروفی را به درون بخش فوقانی این ابزار فشار دادند و این سیستم بازدهی نوری را از بخش زیرین ابزار تولید کرد که می‌توان

این بازدهی را پردازش و منتقل کرد.

توانایی مشاهده تمامی ساطع‌کننده‌ها به طور آنی به ابزار امکان ارائه پاسخ سریع را می‌دهد. زمان پاسخ سریع بوده و می‌توان یک میلیون پیکسل را در یک میکروثانیه خواند.

هنگامی که انتشار نور تولید می‌شود، می‌تواند با فیبر نوری سریعا شناسایی شود.

زمانی که فشار تمام می‌شود، انتشار نانوسیم متوقف می‌شود و سوئیچ‌شدن آن از یک وضعیت به وضعیت دیگر حدود 90 میلی‌ثانیه یا کمتر طول می‌کشد.

محققان حاضر در این پروژه، ثبات‌پذیری و تجدیدپذیری آرایه حسگر را با مطالعه شدت انتشار نور پیکسل‌های منفرد تحت فشار، برای 25 چرخه روشن و خاموش مکرر بررسی کردند.

آن‌ها دریافتند که نوسان بازدهی تقریبا پنج درصد بود و این عدد بسیار کوچک‌تر از سطح کلی سیگنال بود.

افزون بر این، تفکیک‌پذیری فضایی 2.7 میکرون از نمونه‌های آزمایش‌شده این ابزار ضبط شده‌اند.

وانگ بر این باور است که تفکیک‌پذیری را می‌توان با کاهش قطر نانوسیم‌ها و فراهم‌کردن مکان رشد نانوسیم‌های بیشتری و همچنین با استفاده از فرایند ساخت در دمای اتاق ارتقا داد.

جزئیات این مطالعه در Nature Photonics منتشر شد.

انتهای پیام