ساخت یک برچسب الکترونیکی که بعد از مصرف بازیافت می شود
گروه هوش مصنوعی: پژوهشگران «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی» با طراحی یک برچسب الکترونیکی از جنس مواد پایدار و قابل بازیافت تلاش می کنند با مشکل روبه رشد زباله های الکترونیکی مقابله کنند.
به گزارش گروه هوش مصنوعی به نقل از ایسنا، دانشمندان با طراحی دستگاه های پوشیدنی که کاملا از مواد پایدار تولید شده اند، با مشکل روبه رشد زباله های الکترونیکی مقابله می کنند.
به نقل از ادنوسد ساینس نیوز، زباله های الکترونیکی یک تهدید دائمی برای سلامتی و محیط زیست هستند و نگرانی های عمومی پیرامون توده های پلاستیک به وزن میلیاردها پوند است که سالانه به اقیانوس ها ریخته می شوند. فلزات سنگین و سایر مواد سمی ناشی از زباله های الکترونیکی نیز از محل های دفن زباله به محیط زیست می رسند و این مشکل را تشدید می کنند.
پژوهشگران «دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی»(NC State) می گویند، دستگاه هایی که بطور همزمان قابلیت بازیافت و تجزیه زیستی داشته باشند، نادر هستند. بااینکه تجهیزات الکترونیکی که برای متلاشی و حل شدن در آخر عمر طراحی شده اند، تا حدودی این مشکل را حل می کنند اما اجزای عملکردی آنها مانند بردهای مدار بطور معمول نه زیست تخریب پذیر هستند و نه قابل بازیافت.
برچسب پوشیدنی پایدار
گروه پژوهشی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی با طراحی یک برچسب الکترونیکی پوشیدنی که می تواند بطور هم زمان کمپوست و بازیافت شود، تلاش می کنند با این مشکل مقابله کنند. بخش نرم دستگاه که زیرلایه نام دارد، از یک ماده زیست تخریب پذیر ساخته شده؛ در صورتیکه مدار الکتریکی از نانوسیم های نقره قابل بازیافت تشکیل شده است. این راهبرد می تواند جلوی از دست دادن فلزات کمیاب و باارزش را بگیرد که بطور معمول در دستگاه های الکترونیکی یافت می شوند.
«یونگ ژو»(Yong Zhu) استاد دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و یکی از سازندگان این فناوری اظهار داشت: برچسب الکترونیکی را بعد از توسعه بیشتر می توان برای طیف گسترده ای از کاربردها مانند نظارت بر سلامتی انسان، منسوجات الکترونیکی، نظارت بر عملکرد ورزشی، ربات های نرم، پروتز و رابط های انسان و ماشین بهره برد.
«اورلین ولو»(Orlin Velev) استاد دپارتمان مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی اظهار داشت: ما کار خودرا با ساخت بسترهایی به شکل لایه های ژل حاوی پلیمر زیستی «آگارز»(Agarose) اصلاح شده با گلیسیرین و سپس، چاپ کردن الگوهای نانوسیم نقره رسانا روی لایه ژل آگارز/گلیسیرین با بهره گیری از چاپ روی صفحه شروع کردیم.
ولو، ژو و گروه آنها این برچسب الکترونیکی پایدار را به عنوان یک سنسور الکتروفیزیولوژیک آزمایش کردند. هنگامی که الکترودهای نانوسیم نقره روی مچ دست یا ساعد قرار گرفتند، سیگنال های الکتروکاردیوگرام و الکترومیوگرافی را به خوبی الکترود ژل تجاری تشخیص دادند. حتی زمانی که پوست کشیده، فشرده و پیچ خورده بود، آنها کار خودرا درست انجام دادند. پژوهشگران، دلیل عملکرد دستگاه را سازگاری و کشش عالی آن می دانند.
گلیسیرین به عنوان یک نرم کننده عمل می کند، انعطاف پذیری آگارز را بیشتر می کند و در عین حال، تجزیه پذیری آنرا حفظ می نماید. پژوهشگران گزارش دادند که گلیسیرین، قابلیت کشش لایه را از ۲۴.۸ درصد به ۶۸.۱ درصد می افزاید. این درجه از انعطاف پذیری برای ساخت دستگاهی که روی پوست پوشیده می شود، لازم است.
در سطح مولکولی، شبکه پیوندهای هیدروژنی که میان آگارز و گلیسیرین تشکیل می شود، مسئول افزایش دادن کشش دستگاه است. این فعل و انفعالات بین هیدروژن و اکسیژن، از انتشار ترک ها در طول کشش جلوگیری می کند.
دفع دستگاه و معایب آن
پژوهشگران ادعا می کنند که مصرف کننده می تواند با خیال آسوده این برچسب الکترونیکی را دور بریزد. لایه های ژل آگارز/ گلیسیرین بعد از کمپوست سازی تجزیه می شوند و نانوسیم های نقره، تهدید بزرگی برای محیط زیست محسوب نمی شوند. با این وجود، بااینکه دستگاه را می توان بسادگی دور انداخت اما نانوسیم ها در حالت ایده آل بازیابی می شوند و مورد استفاده مجدد قرار می گیرند.
ژو اظهار داشت: بعد از معرفی کردن گزینه هایی برای جمع آوری و بازیافت دستگاهها، می توان آنها را در یک مخلوط میکروبی حاوی یک فعال کننده کمپوست تجاری غوطه ور کرد. دستگاه بعد از ۶۵ روز با این روش بطور کامل تجزیه می شود. نانوسیم های نقره را می توان بعد از تجزیه زیستی زیرلایه های آگارز/گلیسیرین جمع آوری کرد و باردیگر مورد استفاده قرار داد.
نمونه فعلی این فناوری، معایبی نیز دارد که همچون آنها می توان به شسته شدن گلیسیرین از لایه، در صورت تماس بلندمدت با آب اشاره نمود. پژوهشگران خاطرنشان کردند که یک نرم کننده با وزن مولکولی بالاتر احتمالاً می تواند این مشکل شست وشو را حل کند. ولو توضیح داد: اساسا هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد، تمایل کمتری برای انتشار بوسیله ماتریس آگارز و شست وشو وجود دارد.
محدودیت دیگر مربوط به میزان فشاری است که مدارها می توانند تحمل کنند. ولو در مورد این مساله توضیح داد: بااینکه لایه های پلاستیکی بسیار نرم و قابل انبساط هستند اما مدارهای چاپی بالای آنها، محدودیت خاصی را برای انبساط یافتن دارند. خوشبختانه، مدارهای نانوسیم چاپی می توانند انبساط بیشتری را نسبت به نسخه های دیگری که روی پوست بیشتر قسمت های بدن قرار می گیرند، تحمل کنند.
برای کمک کردن به صیانت از الگوی رسانا روی لایه، یک مانع بیرونی را نیز می توان اضافه کرد. ژو اظهار داشت: پایداری الکترومکانیکی الکترودهای نانوسیم نقره چاپی را نیز می توان با افزودن یک لایه از ژل بیوپلیمر به دستگاه بهبود بخشید.
پژوهشگران در مقاله این پروژه توضیح دادند که آنها این خاصیت را بمنظور نظارت فیزیولوژیکی که در آن الکترودها باید در تماس مستقیم با پوست باشند، حذف کردند اما در آینده، این اصلاح می تواند برچسب را برای سایر برنامه ها کاربردی تر کند.
ولو اظهار داشت: ما در این مرحله بدنبال پوشیدنی های کاربردی بتنی نیستیم، بلکه هدف ما اثبات این اصل است که چنین دستگاه های نرمی را می توان از مواد کاملا پایدار ساخت.
این پژوهش در مجله «Advanced Electronic Materials» به چاپ رسید.
منبع: iagrp.ir
مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب