Micropiramidesensor op een vinger | Foto's: Sergey Nechausov en Aslan Miriyev/Ben-Gurion Universiteit
Onderzoekers van het Physical AI (PAI) Lab van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev, onder leiding van Dr. Aslan Miriyev, hebben baanbrekende multifunctionele materiaalsensoren ontwikkeld die de complexe mogelijkheden van natuurlijke systemen nabootsen en zo het vakgebied van Physical AI verder brengen.
In tegenstelling tot digitale AI, die zich richt op berekeningen en dataprocessen, combineert Physical AI (PAI) fysieke structuren met computationele intelligentie om levensechte, autonome zachte robots te creëren die in staat zijn tot dynamische interacties met hun omgeving. Multifunctionaliteit is een kernkenmerk van PAI, verwant aan de veelzijdige rollen van verschillende natuurlijke organen en componenten. Traditionele benaderingen voor het creëren van synthetische multifunctionele apparaten hebben vaak geresulteerd in onvolledige sets van kenmerken, waardoor echte bio-analoge prestaties ongrijpbaar zijn. De ontwikkeling van materialen die kunnen reageren op verschillende stimuli, hun precieze additieve productie en het vermogen om signalen te verwerken via verschillende interne mechanismen zijn cruciaal om dit doel te bereiken.
Dr. Aslan Miriyev. Foto: Dani Machlis via BGU
Het team van Dr. Miriyev heeft een belangrijke doorbraak bereikt door 3D-printbare composietmaterialen met hoge gemengde ionische elektronische geleidbaarheid (ISMC's) te ontwikkelen die bio-analoge multifunctionaliteit vertonen. ISMC's kunnen ladingen overdragen via zowel ionen als elektronen, waardoor ze verschillende signalen tegelijkertijd kunnen verwerken. Deze materialen zijn gemaakt van ionogels met hoge geleidbaarheid en enkelwandige koolstofnanotubes en zijn nauwkeurig 3D-printbaar in complexe vormen, waardoor ze ideaal zijn voor het maken van veelzijdige, zachte multifunctionele apparaten.
"Deze bio-analoge sensoren hebben een enorm potentieel voor toepassingen in velden die nauwkeurige en multifunctionele sensorcapaciteiten vereisen," aldus Dr. Miriyev. "De mogelijkheden zijn uitgebreid, van robotica, waar ze kunnen bijdragen aan meer levensechte en responsieve interacties, tot gezondheidszorg, waar ze kunnen worden gebruikt in geavanceerde diagnostische hulpmiddelen. Onze op ISMC gebaseerde, nauwkeurig 3D-printbare multifunctionele sensoren kunnen de manier waarop we sensorische toepassingen in verschillende velden benaderen, aanzienlijk verbeteren."
De bevindingen werden gepubliceerd in de Tijdschrift voor chemische technologie in een artikel getiteld "3D-Printable High-Mixed-Conductivity Ionogel Composites for Soft Multifunctional Devices." De hoofdauteur, Dr. Sergey Nechausov, gebruikte op imidazolium gebaseerde ionische vloeistoffen in een fotopolymeermatrix om een hoge ionische en elektronische geleidbaarheid te bereiken. De resulterende ISMC's werden gepresenteerd als multifunctionele micro-piramide druk-temperatuursensoren met een hoge gevoeligheid over brede temperatuur- en drukbereiken.
Ion (links) en ion-elektron gemengde geleidbaarheid op het voorbeeld van exemplaren in de vorm van het Vrijheidsbeeld | Foto's: Sergey Nechausov en Aslan Miriyev/Ben-Gurion Universiteit
"Dankzij de chemische samenstelling en het geavanceerde fotoreologische gedrag van de ISMC's kunnen we multifunctionele sensoren van bijna elke vorm nauwkeurig 3D-printen", aldus Dr. Nechausov. "Zulke sensoren kunnen zowel onder wissel- als gelijkstroom werken en hun vermogen om nauwkeurige, verschillende reacties op meerdere stimuli te leveren, maakt ze zeer veelzijdig. Onze sensoren stellen slimme systemen in staat om op complexere en genuanceerdere manieren met hun omgeving te interacteren."
De onderzoekers zijn van plan om deze sensoren verder te verfijnen, aanvullende functionaliteiten te verkennen en hun prestaties te verbeteren voor een breder scala aan toepassingen. Toekomstige ontwikkelingen omvatten het creëren van 3D-printbare kunstmatige huiden en het toevoegen van actuatiemogelijkheden om lichaamsintelligente zachte systemen te ontwikkelen voor zachte robotica, haptiek, gezondheidszorg en meer. Ze streven er ook naar om op leren gebaseerde methoden te integreren om deze sensorisch-motorische systemen te besturen, en zo richting soft-robotische autonomie te bewegen.
Comments