Pekin Nanoenerji ve Nanosistemler Enstitüsü ile Tsinghua Üniversitesi’nden bilim insanları, ornitorenklerin duyusal yeteneklerinden esinlenerek yeni bir çok alıcılı deri geliştirdiler. Bu deri robotik, dokunsal ve protez sistemlerin duyusal yeteneklerini geliştirmek için kullanılabilir.
Ornitorenk, ortamındaki hem elektriksel hem de mekanik değişiklikleri tespit etmesine olanak tanıyan benzersiz bir ikili duyu sistemine sahiptir. Bu karmaşık duyusal sistem, avı veya potansiyel tehditleri vizyona güvenmeden tespit etmesine olanak tanır. Bilim insanlarından oluşan bir ekip tarafından geliştirilen çoklu alıcı sensör sistemi, dokunsal uyaranları algılayabiliyor ve uzaktan duyusal bilgi toplayabiliyor.
“9 yaşındaki kızım bana ornitorenklerle ilgili izlediği bir belgeselden bahsetti. Ornitorenklerin avlanmak için gözlerine ihtiyaç duymayan yumurtlayan bir memeli olduğunu bilip bilmediğimi sordu. Sorusu ornitorenklerin duyusal yetenekleri hakkındaki merakımı artırdı. Bu merak, olağanüstü duyusal sisteminin daha derinlemesine incelenmesine yol açtı ve sonuçta bu çalışmaya ilham kaynağı oldu” dedi makalenin başyazarı Di Wei.
Wei ve arkadaşları tarafından geliştirilen sensör sistemi, ornitorenklerin elektroalgısını ve mekanoresepsiyonunu taklit eden ikili bir sensör tasarımına sahiptir. Bu benzersiz tasarım, cildin hem dokunulduğunda hem de uzaktan nesneleri doğru bir şekilde algılamasına ve yüksek hassasiyetle dokunsal bilgiler toplamasına olanak tanır.
“Ornitorenklerin yeteneklerini hem dokunsal hem de tele algılamayı birleştiren yapay bir deride kopyalamayı amaçladık. Ana hedefimiz, yapay sistemlerin algı aralığını genişletmek, robotların yalnızca fiziksel temasa dayanmadan çevreyi algılamasına ve etkileşime girmesine olanak sağlamaktı” dedi Wei.
Ornitorenklerden ilham alınarak tasarlanan deri iki temel prensibe dayanıyor: temaslı elektrifikasyon ve elektrostatik indüksiyon. Başka bir malzemeye dokunduğunda, iki malzemedeki elektron bulutlarının üst üste binmesi, elektronların transferini kolaylaştırıyor ve sonuçta triboelektrik elektrik üretiyor. Bu, cildin dokunsal uyaranları algılamasını sağlar.
Uzaktan duyusal bilgi toplamak için cilt bunun yerine elektrostatik indüksiyona güvenir. Temel olarak, nanopartiküllerin cildin dayandığı elastomere yapısal katkılanması, dielektrik polarizasyonu artırarak sistemin yüklü nesneler yakındayken elektrik alanlarındaki değişiklikleri tespit etmesine olanak tanır.
“Bileşim açısından, çok alıcılı cilt tek elektrotlu bir tasarımı takip ediyor. İnce bir PTFE ve PDMS filminden, dielektrik özellikleri geliştirmek için içine inorganik metalik olmayan nanopartiküllerin yerleştirildiği yapılandırılmış katkılı bir elastomerden, bir gümüş nanotel tabakasından oluşur. [AgNW]Wei, bir elektrot olarak işlev gören ve esneklik ve koruma sağlayan kapsüllenmiş bir PDMS substratı olduğunu açıkladı.
Geliştirilen çoklu alıcı derisi, nesneleri uzaktan algılayabilen yeni teknolojilerin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Bu sistemler, aşırı iklimlerdeki çevresel izlemeden insan-makine etkileşimine ve otonom robot navigasyonuna kadar çok çeşitli gerçek dünya uygulamalarına sahip olabilir.
“Pratik açıdan bakıldığında, ornitorenklerin ikili duyu sisteminin biyo-esinlenmiş bu kopyası (dokunsal ve tele algılamayı birleştirerek) multimodal algılamada önemli bir ilerlemeye işaret ediyor. Bu atılım, geleneksel temassız sensörlerin sınırlamalarını ortadan kaldırarak zorlu ortamlarda daha doğru ve güvenilir performans sağlıyor” dedi Wei.
Bu çalışma, çift sensör tasarımlarına dayanan diğer sensör sistemlerinin geliştirilmesinin önünü açabilir. Araştırmacılar çoklu alıcı sistemini daha da geliştirmek, çok yönlülüğünü artırmak ve büyük ölçekli konuşlandırmayı kolaylaştırmak için çalışıyorlar.
“Gelecekteki araştırmalarımız, yalnızca yapay zekanın daha derin entegrasyonu yoluyla değil, aynı zamanda elektrik alanı algılama aralığını ve doğruluğunu genişletmek için yenilikçi malzemelerin tanıtılması yoluyla elektron reseptörünün yeteneklerini genişletmeye odaklanacak. Özellikle aşırı veya öngörülemeyen koşullar altında sistemin uyarlanabilirliğini ve güvenilirliğini geliştirmeyi hedefliyoruz. Buna ek olarak, elektronik alıcıyı, daha karmaşık uyaranlara yanıt vermesine ve daha geniş bir algı aralığı sunmasına olanak tanıyacak şekilde ek duyusal yöntemler içerecek şekilde geliştireceğiz” dedi Wei.
Bir sonraki araştırmalarının bir parçası olarak Wei ve meslektaşları, verileri güvenilir bir şekilde işleyebilmesi ve nesneleri gerçek zamanlı olarak doğru bir şekilde algılayabilmesi için sistemlerinin işleme yeteneklerini optimize etmeyi de planlıyor. Bu, özellikle otonom araçlar ve insan-makine arayüzleri gibi sensör verilerinin hızlı işlenmesini gerektiren uygulamalar için yararlı olabilir.