محققان "دانشگاه فناوری آیندهوون" هلند در مطالعه اخیرشان از توسعه حسگر کوچک فروسرخ‌نزدیک که می‌تواند در گوشی هوشمند جای گرفته و محتوای شیمیایی شیر و پلاستیک را تجزیه و تحلیل کند، خبر دادند.
به گزارش ایسنا و به نقل از اس تی دی، محققان هلندی اخیرا یک حسگر کوچک فروسرخ‌نزدیک ساخته‌اند که از نظر اندازه با حسگرهای موجود در گوشی‌های هوشمند قابل مقایسه است و برای استفاده فوری و نظارت بر فرآیندهای صنعتی و کشاورزی مناسب است.
چشم انسان یک حسگر شگفت انگیز است. چشم ما با استفاده از سه نوع مختلف یاخته مخروطی گیرنده نوری که نور مرئی را به چند سیگنال برای ایجاد رنگ‌های مختلف تبدیل می‌کنند، اطلاعات ضروری در مورد دنیای اطراف را در اختیار ما قرار می‌دهد.
دکتر “کایلی هاکل”(Kaylee Hakkel) نویسنده ارشد این مطالعه گفت: وقتی مغز ما سیگنال‌ها را کنار هم قرار می‌دهد، بر اساس تجربیات ما، معنای سیگنال‌ها را پیش‌بینی می‌کند. برای مثال، به ما می‌گوید یک توت فرنگی قرمز رنگ شیرین است، اما یک توت فرنگی سبز آن طعم را ندارد.
در حالی که چشم انسان عملکرد بی نظیری دارد اما با پیشرفته‌ترین حسگر نور طبیعی دیگر موجودات تفاوت‌هایی دارد. هاکل در این باره گفت: چشم میگوی آخوندکی دارای ۱۶ نوع سلول مختلف است که این سلول‌ها به نور فرابنفش، مرئی و نور فروسرخ‌نزدیک حساس هستند و اندازه‌گیری آن طیف در نور فروسرخ برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی جالب‌تر است، اما یک مسئله مهم وجود دارد و آن اینکه طیف‌شناس‌های فروسرخ‌نزدیک فعلی بسیار بزرگ و گران هستند.
در ادامه می‌توانید تصویر میگوی آخوندکی را مشاهده کنید. میگوی آخوندکی یا دهان‌پا از سخت‌پوستان دریایی از راسته دهان‌پایان است. این جانوران نه میگو هستند و نه آخوندک ولی به خاطر همانندی ظاهری با این دو جانور این نام به آنها داده شده است.
هاکل و همکارانش این مشکل را با توسعه یک حسگر فروسرخ‌نزدیک که بر روی یک تراشه کوچک قرار می‌گیرد، حل کرده‌اند و این تراشه درست مانند چشم میگوی آخوندکی، ۱۶ حسگر مختلف دارد اما همه آنها در طیف فروسرخ‌نزدیک حساس هستند.
محققان این مطالعه گفتند: کوچک سازی حسگرها و پایین نگه داشتن هزینه‌ها یک چالش بزرگ بود که محققان با آن مواجه بودند. بنابراین، محققان یک فرآیند ساخت ویفر جدید را برای دستیابی به این هدف طراحی کردند.
در الکترونیک، ویفر(wafer) که گاهی برش یا زیرلایه نیز نامیده می‌شود، یک برش نازک از یک نیم‌رسانا مانند سیلیکون بلورین است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و در فتوولتائیک برای ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد دارد.
هاکل افزود: ابزاری که ما توسعه داده‌ایم کم‌هزینه است و به همین دلیل می‌توانیم چندین حسگر را همزمان تولید کنیم. در حال حاضر این حسگرها برای استفاده در دنیای واقعی آماده هستند. تراشه این حسگر کوچک است و حتی می‌تواند در آینده در گوشی‌های هوشمند نیز تعبیه شود.
“آندریا فیوره”(Andrea Fiore) از محققان این مطالعه گفت:ما چندین سال است که در حال بررسی این فناوری هستیم و اکنون ما با موفقیت این حسگرهای طیفی را روی یک تراشه قرار داده‌ایم.
به طور معمول، هنگامی که یک حسگر نور را اندازه گیری می‌کند، سیگنال تولید شده به منظور بازسازی طیف نوری برای اندازه‌گیری مواد استفاده می‌شود. سپس از الگوریتم‌های سنجش برای تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده می‌شود.
در این مطالعه جدید، محققان نشان دادند که به مرحله بازسازی طیفی نیازی نیست. به عبارت دیگر، سیگنال‌های تولید شده توسط حسگرها را می‌توان مستقیما به الگوریتم‌های تجزیه و تحلیل فرستاد. فیوره افزود: این امر به طور قابل توجهی فرایند طراحی دستگاه را ساده‌تر می‌کند.
خواص تغذیه‌ای شیر ارزش اقتصادی آن را تعیین می‌کند و این حسگر ثابت کرده که می‌تواند این ویژگی‌ها را به دقت اندازه‌گیری کند. علاوه بر این، از این اندازه‌گیری‌ها می‌توان برای نظارت بر سلامت کلی گاو استفاده کرد. طبقه‌بندی انواع پلاستیک با استفاده از این حسگر می‌تواند به بهینه سازی فرآیندهای تفکیک زباله کمک کند.
علاوه بر این کاربردها، محققان پیش‌بینی می‌کنند که این حسگر می‌تواند در حوزه مراقبت‌های بهداشتی شخصی، کشاورزی(مثلا نظارت بر رسیدگی میوه‌ها و سبزیجات)، کنترل فرآیند و آزمایش‌های آزمایشگاه روی تراشه استفاده شود.
آزمایشگاه روی تراشه(LOC) دستگاهی است که از یک یا چند عملگر آزمایشگاهی روی یک تراشه به ابعاد چند میلی‌متر یا سانتی‌متر مربع تشکیل شده است. آزمایشگاه روی تراشه با حجم‌های بسیار کم مایعات حتی کمتر از چند پیکو لیتر سروکار دارد و زیر مجموعه‌ای از دستگاه‌های MEMS است که اغلب با نام “میکرو سیستم‌های تحلیل کلی”(µTAS) شناخته می‌شود.
نتایج این مطالعه در مجله “Nature Communications” منتشر شده است.
منبع: خبرگزاری دانشجویان ایران