This post is also available in:
English (אנגלית)
חיישנים לבישים צריכים להישאר גמישים ומוליכים בזמן שהגוף נמצא בתנועה, אך מזג אוויר קר מציב בפניהם בעיה בסיסית ברמת החומר. חיישנים גמישים רבים משתמשים בהידרוג'לים עשירים במים, וכאשר המים קופאים, החומר עלול להתקשות ולאבד את המוליכות היונית הדרושה להמרת תנועה לאות חשמלי.
חוקרים פיתחו הידרוג'ל מבוסס תאית, הניתן להדפסה בתלת־ממד ונועד להמשיך לפעול גם בטמפרטורות נמוכות משמעותית מנקודת הקיפאון. החומר, המיוצר מתאית שמקורה בעיסת כותנה, המשיך לזהות תנועות גוף גם לאחר 168 שעות בטמפרטורה של מינוס 25 מעלות צלזיוס, ועשוי לסלול את הדרך לפיתוח אלקטרוניקה לבישה עבור סביבות חוץ קשות ומתקנים מקוררים.
כדי להתמודד עם בעיית הקיפאון, החוקרים המיסו את התאית בתערובת מלחים של אבץ כלורי וליתיום ברומיד. לתאית יש באופן טבעי מבנה גבישי צפוף המקשה על עיבודה. תערובת המלחים מפריעה למבנה הזה תוך צמצום הפגיעה בשרשראות המולקולריות הארוכות של התאית, וכך מאפשרת ליצור הידרוג'ל גמיש ושקוף.
התרכובת שהתקבלה, המכונה HZ0.3L0.7-C3, השיגה מוליכות יונית של 4.48 סימנס למטר ועמדה במאמץ לחיצה של עד 2.48 מגה־פסקל. בניסויים שנערכו בטווח טמפרטורות שבין מינוס 80 ל־20 מעלות צלזיוס לא נצפו שיאים אקסותרמיים הקשורים להתגבשות מים, ממצא המעיד כי התרכובת הצליחה לדכא היווצרות קרח.
על פי דיווח של Interesting Engineering, גם לאחר שבעה ימים בטמפרטורה של מינוס 25 מעלות צלזיוס, חיישנים שיוצרו מהחומר המשיכו לספק תגובות חשמליות עקביות כאשר המשתמשים כופפו את אצבעותיהם או הפעילו לחץ באמצעות קצות האצבעות. ההידרוג'ל הגיב לתנועה בתוך כ־100 אלפיות השנייה וחזר למצבו בתוך כ־300 אלפיות השנייה. בנוסף, הוא שמר על ביצועים יציבים לאורך 500 מחזורי לחיצה בעיוות של 30%.
יתרון נוסף של החומר הוא התאמתו לייצור. ההידרוג'ל מפגין התנהגות של דילול בגזירה (Shear Thinning): במהלך ההדפסה, כאשר מופעל עליו לחץ, הוא זורם בקלות רבה יותר, ולאחר מכן שומר על צורתו. החוקרים ניצלו תכונה זו כדי להדפיס בתלת־ממד מבנים מותאמים אישית, והדגימו כיצד ניתן בעתיד לייצר חיישנים בצורות המותאמות לאיברי גוף או ליישומים שונים.
לצורך שימוש על הגוף הוסיפו החוקרים לחומר ציפוי פולידופמין, שנועד לשפר את התאמתו למגע עם העור. חיישני אב־טיפוס הוצמדו לאצבעות, לפרקי הידיים, למרפקים ולגרון, ושימשו לניטור לחץ ותנועה.
לטכנולוגיה עשויים להיות יישומים גם מעבר לשוק האלקטרוניקה הלבישה לצרכן. חיילים, צוותי חירום ועובדי תעשייה עשויים להזדקק לחיישנים גמישים שממשיכים לפעול בתנאי קיפאון, בעוד שמערכות רובוטיות יכולות להשתמש בחומר בממשקי אדם־מכונה. החוקרים הדגימו אפשרות זו באמצעות כפפת נתונים שתרגמה בזמן אמת את תנועות היד לתנועות מקבילות של דגם רובוטי.
בשלב זה ההידרוג'ל עדיין נמצא בשלב המחקר, ולכן עמידותו לאורך זמן, בטיחותו בשימוש ממושך ויכולת הייצור שלו בקנה מידה גדול ידרשו בחינה נוספת. עם זאת, התוצאות מדגימות כיצד ניתן להנדס חומר מתחדש כמו תאית ולהפוך אותו לחיישן גמיש שממשיך לפעול גם לאחר חשיפה ממושכת לטמפרטורות שבהן הידרוג'לים רגילים עלולים לקפוא.
המחקר המלא פורסם כאן.
