خبر کامل
ترانزیستور گرافنی؛ نسل جدید حسگرهای پوشیدنی بدون نیاز به باتری
محققان دانشگاه دونگ‌گوک در کره جنوبی موفق به ساخت یک ترانزیستور گرافنی پیشرفته شده‌اند که می‌تواند وابستگی حسگرهای پوشیدنی به باتری‌های سنتی را برای همیشه پایان دهد. این فناوری با بهره‌گیری از انرژی حرکات مکانیکی بدن، قادر است فعالیت‌های مختلف انسان را بدون نیاز به هیچ منبع تغذیه خارجی تشخیص دهد.
ساختار نوین ترانزیستور گرافنی مبتنی بر انرژی مکانیکی
این افزاره که با نام اختصاری g-IGT شناخته می‌شود، بر روی بستری انعطاف‌پذیر از جنس پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) طراحی شده است. هسته اصلی این سیستم، یک لایه تک‌گرافن است که با استفاده از روش رسوب‌دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) تولید شده و در کنار یک ژل یونی قرار گرفته است.
نوآوری اصلی این پژوهش در اتصال دو مولد نانویی تریبوالکتریک (TENG) به این ترانزیستور نهفته است. این مولدها با تبدیل تماس و جدایش سطحی ناشی از حرکت، مستقیماً انرژی الکتریکی لازم برای فعالیت سیستم را فراهم می‌کنند:
- مولد اول: متصل به دروازه ترانزیستور برای ایجاد پالس‌های پیش‌سیناپسی.
- مولد دوم: متصل به بخش تخلیه برای فراهم کردن پالس‌های پس‌سیناپسی.
تقلید از هوش زیستی و قابلیت حافظه
یکی از ویژگی‌های برجسته این ترانزیستور گرافنی، توانایی آن در شبیه‌سازی فرآیندهای عصبی است. این دستگاه می‌تواند رفتارهای حافظه‌ای مختلفی را از خود نشان دهد:
| نوع حافظه | مدت زمان زوال سیگنال |
|---|---|
| حافظه حسی | حدود ۷۰ میلی‌ثانیه |
| حافظه کوتاه‌مدت | ۰.۲ تا ۰.۴۵ ثانیه |
| حافظه بلندمدت | بیش از ۲ ثانیه |
علاوه بر این، این سامانه دارای ویژگی «پلاستیسیته وابسته به نرخ پالس» است؛ به این معنا که قدرت اتصال آن بر اساس سرعت و تعداد دریافت سیگنال‌ها تغییر می‌کند، دقیقاً مشابه آنچه در شبکه‌های عصبی بدن رخ می‌دهد.
دقت بالا در تشخیص فعالیت‌های انسانی
در آزمایش‌های انجام شده، این فناوری با استفاده از مجموعه‌داده‌های دانشگاه کالیفرنیا، توانایی خود را در طبقه‌بندی فعالیت‌ها اثبات کرد. این سامانه می‌تواند شش حرکت اصلی شامل راه‌رفتن، نشستن، ایستادن، درازکشیدن و بالا و پایین رفتن از پله‌ها را شناسایی کند.
«این ترانزیستور حتی در شرایط اعمال تنش‌های خمشی، توانست با دقت ۸۸.۰۵ درصد فعالیت‌های کاربر را تشخیص دهد که بسیار نزدیک به مدل‌های نرم‌افزاری ایده‌آل است.»
این دقت بالا نشان می‌دهد که ترانزیستور گرافنی نه تنها یک حسگر ساده، بلکه یک پردازشگر هوشمند است که می‌تواند بخشی از محاسبات را در همان سطح سخت‌افزار انجام دهد.
چشم‌انداز آینده: پوست الکترونیکی و سلامت هوشمند
کاربردهای این دستاورد علمی بسیار گسترده است. از جمله مهم‌ترین حوزه‌هایی که این فناوری می‌تواند متحول کند عبارتند از:
- پایش سلامت پوشیدنی: نظارت مستمر بر وضعیت جسمانی بدون نیاز به شارژ مجدد.
- پوست الکترونیکی (e-skin): ایجاد پوست‌های مصنوعی هوشمند برای ربات‌ها و پروتزها.
- رابط انسان و ماشین: ایجاد تعاملات طبیعی‌تر میان بدن و تجهیزات دیجیتال.
در نهایت، اگرچه این فناوری هنوز در مراحل توسعه است، اما ترکیب گرافن، ژل یونی و مولدهای تریبوالکتریک، مسیر را برای نسل جدیدی از حسگرهای خودتأمین‌کننده هموار کرده است.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
