स्मार्ट टेक्सटाइल्स एंड सरफेस: हाउ लाइटवेट इलास्टोमर फिल्म्स लाइफ टू लाइफ ला रही हैं

सारलैंड विश्वविद्यालय के प्रोफेसरों स्टीफन सेलेक और पॉल मोट्ज़की के नेतृत्व में एक शोध टीम एक अत्यधिक बहुमुखी फिल्म का उपयोग कर रही है, जो इस प्रक्रिया में ऊर्जा की बचत करते हुए वस्तुओं को नई क्षमताओं को प्रदान करने के लिए घरेलू क्लिंग फिल्म की तुलना में ज्यादा मोटी नहीं है। जब पहनने योग्य वस्त्रों में उपयोग किया जाता है, तो ये फिल्में हेप्टिक फीडबैक प्रदान करने वाली त्वचा के खिलाफ आगे बढ़ सकती हैं और प्रेस कर सकती हैं जो खिलाड़ियों को बनावट, प्रभाव और अन्य शारीरिक संवेदनाओं को महसूस करने की अनुमति देकर वीआर गेमिंग अनुभव को बढ़ा सकती हैं। जब पतली बहुलक फिल्म को एक औद्योगिक दस्ताने में एकीकृत किया जाता है, तो यह इस बात का जवाब दे सकता है कि ऑपरेटर का हाथ और उंगलियां कैसे चलती हैं, इस प्रकार कंप्यूटर को विशिष्ट हाथ की गति और इशारों को ‘समझने’ में सक्षम बनाता है। एक फ्लैट ग्लास डिस्प्ले स्क्रीन के शीर्ष पर लागू, फिल्म उपयोगकर्ता की उंगली के नीचे एक स्पर्श बटन, स्विच या स्लाइडर की क्षणिक सनसनी पैदा कर सकती है। लाइटवेट लाउडस्पीकर जो अपने पारंपरिक समकक्षों, उपन्यास सिग्नल जनरेटर और शोर रद्द करने वाले वस्त्रों की तुलना में बहुत कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं, वे कुछ अन्य प्रोटोटाइप हैं जो साररलैंड विश्वविद्यालय में बुद्धिमान सामग्री प्रणालियों में विशेषज्ञों द्वारा विकसित किए जा रहे हैं और सारब्रुकेन (ज़ेमा) में मेक्ट्रोनिक्स और ऑटोमेशन प्रौद्योगिकी केंद्र में हैं।

लेकिन वे इन फिल्मों को जीवन में कैसे लाते हैं? ‘फिल्म के प्रत्येक पक्ष को विद्युत रूप से आयोजित करने वाली परत के साथ लेपित किया जाता है’, सारलैंड विश्वविद्यालय में अभिनव उत्पादन के लिए स्मार्ट सामग्री प्रणालियों के प्रोफेसर पॉल मोट्ज़की और ज़ेमा में वैज्ञानिक निदेशक/सीईओ बताते हैं। जब शोधकर्ता बहुलक फिल्म के लिए एक इलेक्ट्रिक वोल्टेज लागू करते हैं, तो ये विद्युत रूप से आयोजित करने वाली परतें एक -दूसरे को आकर्षित करती हैं, बहुलक को संपीड़ित करती हैं और इसके कारण बग़ल में विस्तार करती हैं, इस प्रकार इसकी सतह क्षेत्र में वृद्धि होती है। पॉल मोट्ज़की कहते हैं, “लागू विद्युत क्षेत्र को अलग करके, हम फिल्म की गति को नियंत्रित कर सकते हैं, अनिवार्य रूप से एक हल्के लेकिन अत्यधिक कुशल एक्ट्यूएटर का निर्माण कर सकते हैं।” शोधकर्ता इन लेपित फिल्मों की गति को ठीक से नियंत्रित करने में सक्षम हैं, जिन्हें ढांकता हुआ इलास्टोमर्स (डीई) के रूप में जाना जाता है, और उन्हें धीमी या तेजी से फ्लेक्सिंग आंदोलनों को करने या वांछित आवृत्ति पर कंपन करने के लिए प्राप्त कर सकते हैं। या वे विद्युत ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता के बिना फिल्म को एक निश्चित स्थिर स्थिति बना सकते हैं।

इन इलेक्ट्रोएक्टिव पॉलिमर फिल्मों का उपयोग करते हुए, अनुसंधान टीम उपन्यास ड्राइव सिस्टम (एक्ट्यूएटर्स) विकसित कर रही है, जिसे अतिरिक्त सेंसर की आवश्यकता के बिना नियंत्रित किया जा सकता है। ‘एक सटीक विद्युत समाई मूल्य प्रत्येक विरूपण को सौंपा जा सकता है या फिल्म की स्थिति में परिवर्तन किया जा सकता है। कैपेसिटेंस डेटा हमें दिखा सकता है कि फिल्म कैसे विकृत होती है, उदाहरण के लिए, जब इसे उंगली से टकराया या टैप किया जाता है। पॉल मोट्ज़की बताते हैं कि ये ढांकता हुआ इलास्टोमर फिल्में स्व-संवेदी हैं और वे अपने स्वयं के पोजीशन सेंसर के रूप में कार्य करने में सक्षम हैं। माप डेटा का उपयोग एआई मॉडल को प्रशिक्षित करने के लिए भी किया जाता है जो शोधकर्ताओं को फिल्म की गति को प्रोग्राम करने में सक्षम बनाता है ताकि यह फ्लेक्स हो, कुछ आवश्यक आवृत्ति पर एक वांछित आकार या दोलन करता है।

सारब्रुकेन में टीम अब इन डी एक्ट्यूएटर्स को एक नए स्तर पर ले जा रही है और नए अनुप्रयोगों की एक पूरी मेजबानी खोल रही है। फिल्मों की नई पीढ़ी को और भी अधिक सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है और यहां तक ​​कि उच्च आवृत्तियों पर कंपन कर सकते हैं। टीम के लक्ष्यों में से एक इन लचीली फिल्मों को अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर दोलन करने के लिए है। एक नया प्रोजेक्ट ट्रांसड्स (ट्रांसलचीले पर आधारित istor संरचनाएं डीielectric ईरास्टोमर एसYstems), जिसे यूरोप के ERDF इन्वेस्टमेंट फंड के माध्यम से सारलैंड द्वारा वित्त पोषित किया जा रहा है, का उद्देश्य उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए इलास्टोमेरिक सर्किट विकसित करके नई जमीन को तोड़ना है। मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) अधिकांश विद्युत उपकरणों के अंदर पाए जा सकते हैं। इन उपकरणों को नियंत्रित करने वाली तकनीक – चाहे वह स्टैंड मिक्सर हो या स्मार्टफोन – आमतौर पर फ्लैट, कठोर पीसीबी पर मिलाया जा सकता है। सारब्रुकेन में अनुसंधान टीम हल्के, लचीले पीसीबी को विकसित करना चाह रही है, जिसका उपयोग भविष्य में पारंपरिक पीसीबी के लिए कम लागत वाले लचीले विकल्प के रूप में किया जा सकता है। सारब्रुकेन में विकसित किए जा रहे लचीले सर्किट भी एकीकृत लघु, स्व-सेंसिंग एक्ट्यूएटर्स के साथ आएंगे।

ट्रांसडेस प्रोजेक्ट ज़ेमा में पॉल मोट्ज़की की टीम और एचटीडब्ल्यू एसएआर (एप्लाइड साइंसेज विश्वविद्यालय) में प्रोफेसर जॉन हेप्पे की टीम के बीच एक सहयोग है। सारलैंड में विकसित की जा रही तकनीक दुनिया भर में अद्वितीय है और इसमें उपन्यास इलेक्ट्रोड परतों के साथ इलास्टोमेरिक फिल्में बनाना शामिल है।

अब तक, विद्युत प्रवाहकीय परतों को स्क्रीन-प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके बहुलक फिल्म के ऊपर और नीचे पाउडर अनाकार कार्बन (‘कार्बन ब्लैक’) को लागू करके बनाया गया था। हालांकि, कार्बन काली परत का विद्युत प्रतिरोध लगभग 10,000 ओम है, जो कि फिल्म को अल्ट्रासोनिक फ्रीक्वेंसी रेंज में कंपन करने के लिए बहुत अधिक है।

उच्च चालकता के एक अल्ट्रैथिन धातु कोटिंग के साथ कार्बन ब्लैक लेयर को बदलकर, शोधकर्ताओं को एक डी एक्ट्यूएटर बनाने का लक्ष्य है जिसे अल्ट्राफास्ट दर पर चालू और बंद किया जा सकता है। डॉक्टरेट के छात्र सेबस्टियन ग्रैट्ज़-केली बताते हैं, ‘इससे ​​हमें फिल्म से और भी बेहतर प्रदर्शन करने की अनुमति मिलेगी। ‘यहां तक ​​कि बहुत अधिक आवृत्तियों पर, हम अभी भी फिल्म की पूरी सतह को नियंत्रित करने में सक्षम हैं, न कि इसके कुछ हिस्सों में। लेकिन नए अल्ट्रैथिन मेटल कोटिंग का मतलब यह भी है कि फिल्म एक्ट्यूएटर अधिक ऊर्जा कुशल है और केबल और फिल्म के बीच कम संपर्क प्रतिरोध के कारण बिजली की कमी कम है। और हम एक विशेष लेजर तकनीक का उपयोग कर रहे हैं जो हमें कोटिंग के भीतर बहुत छोटे संरचना आकार को प्राप्त करने की अनुमति देता है, ‘ग्रैटज़-केली बताते हैं। ‘पहले, जब हमने स्क्रीन प्रिंटिंग का उपयोग किया था, तो इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी लगभग एक सेंटीमीटर थी। अब, इलेक्ट्रोड के बीच की रिक्ति केवल कुछ माइक्रोमीटर है। और यह वही है जो हमारे लिए इलास्टोमेरिक फ्लेक्स सर्किट डिजाइन करना संभव बना रहा है, ‘प्रोफेसर मोट्ज़की कहते हैं।

चुनौती यह है कि पूरी फिल्म को महत्वपूर्ण स्ट्रेचिंग से गुजरना पड़ता है, लेकिन फिल्म की विरूपण को नई धातु कोटिंग से बाधित किया जाता है। यह वह जगह है जहाँ जॉन हेप्प की टीम खेल में आती है। HTW SAR में फिजिकल सेंसर टेक्नोलॉजी और मेकैट्रोनिक्स के प्रोफेसर हेप्पे, ज़ेमा में एक शोध समूह का नेतृत्व करते हैं। दोनों विश्वविद्यालय अपने निष्कर्षों को व्यावहारिक औद्योगिक और वाणिज्यिक समाधानों में अनुवाद करने के लिए एक साथ काम कर रहे हैं। एक लचीली बहुलक सब्सट्रेट के साथ एक ठोस धातु प्रवाहकीय परत के गुणों को संतुलित करने के लिए, हेप्पे की टीम इलास्टोमर पर धातु की परत को जमा करने के लिए एक विशेष प्रक्रिया का उपयोग करती है। ‘हम एक सामग्री बयान तकनीक का उपयोग करते हैं जिसे स्पटरिंग के रूप में जाना जाता है। जॉन हेप्पे की टीम के एक शोध वैज्ञानिक मारियो सेरिनो कहते हैं, ” कंडक्टिव लेयर जो हम इलास्टोमर की सतह पर जमा करते हैं, वह केवल दस नैनोमीटर मोटी है, जो मानव बालों की तुलना में एक हजार गुना से अधिक पतली है।

टीम का उपयोग ‘ट्रिक’ अल्ट्रैथिन मेटल लेयर को जमा करने से पहले इलास्टोमर को फैलाने के लिए है। जो कोई भी कभी भी एक फुलाए हुए गुब्बारे में चिपकने वाला टेप अटक गया है, उसे प्रभाव पता होगा। जब आप हवा को गुब्बारे से बाहर निकलने देते हैं, तो टेप झुर्रियों की पट्टी। और यह इलास्टोमर फिल्म के साथ भी ऐसा ही है। जब इलास्टोमर आराम करता है, तो धातु की परत झुर्रियों का निर्माण करती है। “जब हम ऐसा करते हैं, तो हम एक वर्ग सेंटीमीटर के एक क्षेत्र में लगभग 50 से 100 ओम का प्रतिरोध प्राप्त करते हैं, जो पहले की तुलना में काफी कम है,” मारियो सेरिनो कहते हैं।

शोधकर्ता वर्तमान में ऊर्जा-कुशल और लागत प्रभावी सिलिकॉन-आधारित ट्रांजिस्टर विकसित करने के लिए धातु-लेपित फिल्मों का उपयोग कर रहे हैं। ट्रांजिस्टर इलेक्ट्रॉनिक घटक हैं जिनका उपयोग विद्युत वोल्टेज और सिग्नल को चालू और बंद करने या उन्हें बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में टीम उच्च वोल्टेज स्विच करने के लिए फिल्म-आधारित ट्रांजिस्टर विकसित करना चाहती है। ‘विद्युत प्रतिरोध को कम करके, हम प्रवाह करने के लिए अधिक वर्तमान प्राप्त कर सकते हैं – जैसे कि किचन टैप के माध्यम से अधिक पानी देता है, उतना ही अधिक नल खोला जाता है। यह हमें बेहद कम चक्र के समय के साथ उच्च-वोल्टेज स्विचिंग प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, जिसका उपयोग वाल्व, पंप या लाउडस्पीकरों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, ‘मारियो सेरिनो बताते हैं। प्रोफेसर जॉन हेप्पे बताते हैं, ‘हम इन प्रणालियों की एक विशेष संपत्ति का उपयोग करते हैं। ” ‘यदि धातु-लेपित फिल्म को स्पटरिंग के दौरान अधिक फैलाया जाता है, तो इलेक्ट्रोड परत में दरारें दिखाई देंगी, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रतिरोध में बड़ी वृद्धि होती है। इसलिए, अगर हम फिल्म को बढ़ाते हैं, तो दरारें दिखाई देती हैं। यदि हम फिल्म को आराम करते हैं, तो दरारें फिर से बंद हो जाती हैं और झुर्रीदार संरचना लौटती है। यह हमें बहुत कम प्रतिरोधों से बहुत उच्च प्रतिरोधों के लिए स्विच करने की अनुमति देता है, एक इलेक्ट्रिकल स्विच के रूप में एक ट्रांजिस्टर का उपयोग करने के लिए तुलनीय है, ‘प्रोफेसर हेप्पे बताते हैं।