دستاوردی نوین؛

فعالیت قلب و مغز زیر ذره‌بین سنسور‌های دست‌ساز دانشمندان

محققان سنسور‌های حساسی با یک منبع تغذیه یکپارچه ساختند که می‌تواند فعالیت‌های مغز و قلب را اندازه‌گیری کند.

کد خبر: ۸۰۰۴۹۱

دوشنبه - ۰۶ آبان ۱۳۹۸ / October 28, 2019

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، اندازه گیری سیگنال‌های الکتریکی از جمله ECG (الکتروکاردیوگرام) می‌تواند چگونگی فعالیت مغز یا قلب انسان را نشان بدهد. در کنار سیگنال هال الکتریکی، سیگنال هال مغناطیسی نیز اطلاعاتی درباره فعالیت این اندام‌ها به ما می‌دهند. آن‌ها با کمی تلاش و بدون ارتباط پوستی می‌توانند اندازه گیری شوند، اما سیگنال‌های ضعیف نیازمند سنسور‌هایی با حساسیت بالا هستند.

دانشمندان مرکز تحقیقاتی دانشگاه کیل طرح جدیدی را با هدف سنجش این فرکانس‌های پایین در مغز و قلب ارائه داده‌اند. سنسور‌های حساس برای کاربرد‌های پزشکی یا میکروالکترونیک مناسب‌اند. این کار با استفاده از الکترود‌ها امکان پذیر است. این مواد دائما شارژ هستند و در میکروفون‌ها، سمعک‌ها یا تلفن همراه استفاده می‌شوند.

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور راینر آدلونگ، کارگروه «نانومواد کاربردی» و پروفسور فرانتس فوپل، کار گروه مواد چندجزئی روی این سنسور‌ها متمرکز شده اند. این سنسور‌ها از یک نوار سیلیکونی دولایه تشکیل شده اند که در ساده‌ترین حالت دو لایه وجود دارد: اولین لایه به میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهد و دومی می‌تواند یک ولتاژ الکتریکی منتشر کند. یکی از اعضای تیم فوپل گفت: «اگر یک میدان مغناطیسی رخ بدهد، لایه اول تغییرشکل میدهد و به این ترتیب کل نوار خم می‌شود (مانند تخته غواصی در استخر نوسان می‌کند)» به دلیل تغییر شکل بایه دوم سیگنال ولتایی قابل اندازه گیری را منتشر می‌کند.

مارلین شوویشل، محقق توضیح داد: «با ارائه این حسگر جدید، ما به دنبال راهی برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی هستیم.» هر چه ارتعاش خمش بیشتر باشد، سیگنال منتشر شده بیشتر است.

معمولا مواد به اصطلاح نرم مانند پلاستیک در فرکانس پایین ارتعاش می‌کنند؛ بنابراین لرزش به طرز چشمگیری ضعیف می‌شود. به وسیله مواد سخت می‌توان از این مورد جلوگیری کرد. با این حال به علت سنگینی این مواد نمی‌توانند در ابعاد کوچک لازم برای فناوری سنسور استفاده شوند. آلودنگ گفت: «ما توانستیم یک نوار خمشی کوچک از مواد سخت درست کنیم که می‌تواند مانند یک ماده نرم رفتار کند و در فرکانس‌های پایین لرزش داشته باشد.»

عامل تعیین کننده به اصطلاح الکترت‌(یک ماده دی‌الکتریک) هستند. گروه تحقیقاتی، این ماده با شارژ دائمی را زیر نوار تعبیه کرده‌اند و به طور معمول نوار خمشی مرتعش به حالت اولیه برمی گردد. به هرحال، به علت کشش متعادل کننده، الکترون نوار را در جهت مخالف به موقعیت اصلی خود برمی گرداند. به همین علت ارتعاش نوار بیشتر و سیگنال الکتریکی تولیدی بهتر است.

به لطف الکترت‌های به کار رفته در سنسورها، فقط فرکانس‌های پایین قابل اندازه گیری نیستند. همانند آهنربا‌های دائمی که خود میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند، الکتروت‌ها نیز می‌توانند میدان مغناطیسی خود را تولید کنند. استفان شرودر از محققین این پروژه گفت: «الکترت‌ها از این طریق به سنسور‌ها الکتریسیته می‌دهند. سنسور به این ترتیب نیازمند منبع تغذیه نیست و می‌توانند کاربردی باشند.»

فوپل، دانشمند مواد گفت: «الکترت‌ها مثل یک نانوژنراتوری عمل می‌کند که انرژی الکتریکی تولید می‌کند.»

آدلونگ اضافه کرد: «سنسور‌هایی با یک منبع تغذیه یکپارچه در چنین ابعاد کوچکی می‌توانند در کاربرد‌های اینترنتی استفاده شوند که سیستم‌های الکترونیکی غیرمجاز و مستقل را بهم متصل می‌کند.»