نتایج تحقیقات اخیر نشان داده است که نقشه برداری دوجانبه بر روی ساختارهای فلزی بر روی تقاضای انباشته شده به زودی یک واقعیت خواهد بود به لطف یک «پوست هوشمند» طراحی شده که فقط جزئی از عرض موی انسان است. با استفاده از خواص منحصر به فرد نانولوله های کربنی تک محور، یک فیلم دو لایه ای که بر روی سطوح پل ها، خطوط لوله و هواپیما، از جمله دیگر، می تواند برای کشف نقاط ضعف در نزدیکی زمان واقعی اسکن شود. به عنوان یک جایزه، تکنولوژی به سختی قابل مشاهده است حتی در یک سطح شفاف، و آن را بسیار بیشتر انعطاف پذیر به عنوان یک برنامه.

حوادث ناشی از استرس، همراه با سایش و پارگی معمولی، می تواند ساختارها و ماشین آلات را تغییر دهد، که بر ایمنی و کارایی آنها تأثیر می گذارد. فشار مکانیکی روی سطوح ساختاری اطلاعاتی در مورد وضعیت مواد مانند محل آسیب و شدت اطلاعات ارائه می دهد. سنسورهای معمولی موجود تنها قادر به اندازه گیری فشار در یک نقطه در امتداد یک محور هستند، اما با تکنولوژی پوست هوشمند، تشخیص فشار در هر جهت یا مکان امکان پذیر است.

چطور تکنولوژی "SMART SKIN" استفاده می شود
در سال 2002، محققان کشف کردند که نانولوله های کربنی تک دیواره فلورسنت، به عنوان مثال، هنگامی که توسط یک منبع نور تحریک می شود، به آرامی درخشش می یابد. بعدها، فلورسانس بیشتر در معرض تغییر رنگ در هنگام کشش یافت. این ویژگی نوری پس از آن در زمینه سازه های فلزی که تحت فشار قرار گرفته اند در نظر گرفته شده است، به ویژه برای استفاده از این ویژگی به عنوان یک ابزار تشخیصی. محققان برای استفاده از این داده های فلورسنت، پوست های هوشمند را به یک سطح تست اعمال کردند، این ناحیه را با یک اسکنر لیزری کوچک آشکار کردند، و انتشار های رنگی نانولوله ای را با یک اسپکترومتر مادون قرمز گرفت. در نهایت، نقشه های دو بعدی از سویه انباشته با نتایج حاصل شد.

تکنولوژی پوست هوشمند می تواند برای نظارت بر یکپارچگی ساختاری در موتورهای تجاری جت استفاده شود. | اعتبار: CC0 از طریق Pixabay، کاربر: blickpixel

 
محققان اصلی، پروفسور ساتیس نگارجیا و بروس وایزمن دانشگاه برنج در تگزاس، دو مقاله علمی را برای توضیح روش های مورد استفاده برای دستیابی به این تکنولوژی و نتایج کاربردی اثبات اصل آن منتشر کرده اند. همانطور که در مقالات توضیح داده شد، میله های آلومینیومی با سوراخ یا سوراخ در مناطق تنش بالقوه با روش لیزر برای نشان دادن پتانسیل کامل اختراع خود مورد آزمایش قرار گرفتند. نقاط اندازه گیری شده در فاصله ی یک میلیمتر قرار داشتند، اما محققان اظهار داشتند که این امتیازات می توانند برای اندازه گیری دقیق تر 20 بار نزدیک تر شوند. سنسورهای فشار استاندارد دارای نقاط چندین میلیمتر فاصله هستند.

نانو لوله های کربن چیست؟
نانولوله های کربنی (CNTs) مولکول های کربنی هستند که از لحاظ ساختاری به سیلندر تغییر کرده اند، یا به جای آن، ورق های اتمی کربن ساخته شده اند. شواهدی وجود دارد که نشان می دهد CNT ها می توانند از طریق فرایندهای طبیعی مانند وقایع آتشفشانی ایجاد شوند. با این حال، برای واقعی بودن ویژگی های منحصر به فرد خود، تولید در محیط آزمایشگاهی بسیار کارآمدتر است.

برای تولید می توان از روش های مختلفی استفاده کرد، اما روش به طور گسترده ای برای سنتز CNT ها، رسوب بخار شیمیایی (CVD) است. این فرایند ترکیبی از فلز کاتالیزوری با گاز حاوی کربن است که تا حدود 1400 درجه فارنهایت گرم می شود و مولکول های کربنی را برای جمع آوری و رشد به نانولوله ها به ارمغان می آورد. شکل ظاهری شبیه یک چمن جنگل یا چمن است، هر تنه یا تیغه به طور متوسط ​​43 نانومتر قطر است. طول به متغیرهایی نظیر مقدار زمان صرف شده در محیط گرمایی بستگی دارد.

یک تصویر هنری از یک نانولوله کربنی. | اعتبار: AJC1 از طریق فلیکر، CC BY-SA 2.0
علاوه بر تجزیه و تحلیل سطح، نانولوله های کربنی در بسیاری از عرصه های تحقیقاتی و تجارتی ارزشمندند و لومنسانس آنها تنها یکی از خواص بسیاری است که می تواند تکنولوژی های دیگر را بهبود بخشد و امکان پذیر سازد. استحکام کششی مکانیکی آن 400 برابر فولاد است، درحالیکه تنها یک ششم آن را تراکم می دهد و باعث می شود که بسیار سبک وزن باشد. CNT ها دارای خواص الکتریکی و حرارتی بسیار رسانایی هستند، بسیار مقاوم در برابر خوردگی هستند و می توانند با سایر نانومواد پر شوند. تمام این مزایا برنامه های خود را برای استفاده از سلول های خورشیدی، سنسورها، تحویل دارو، دستگاه های الکترونیکی و محافظ، باتری های لیتیوم یون، زره بدن و شاید حتی یک آسانسور فضایی باز می کند، با این که پیشرفت های قابل ملاحظه ای در مورد موانع آن غلبه می کند.

اقدامات بعدی
پوست هوشمند نابود شده، آماده است تا از برنامه های دنیای واقعی استفاده کند، اما صنعت انتخابش ممکن است با توجه به مقاومت کلی به تغییر در یک زمینه با تکنولوژی موجود در حال حاضر، اتخاذ کند. در حالی که در انتظار در آغوش گرفتن در عرصه بود، در درجه اول برای آن طراحی شده بود، پوست هوشمند دیگر استفاده های بالقوه در برنامه های تحقیق مهندسی است. بروس وایسمن، همچنین کشف کننده فلورسنس CNT، پیش بینی می کند که مزایای آن برای تست طراحی سازه های کوچک مقیاس و موتورهای قبل از استقرار استفاده می شود. برنامه های کاربردی مانند این ممکن است نقطه ورود اولیه برای بازار برای برخی از زمان است. در عین حال، محققان قصد دارند تا در حال توسعه خواننده فشارخون خود برای گرفتن تصاویر همزمان از سطوح بزرگ باشند.