مژده؛ منتظر کامپیوترهای مایع باشید

از نظارت بر بیماری‌های زیست‌سازگار تا ربات‌های تغییرشکل دهنده، همه این‌ها برنامه‌هایی کاربردی و بالقوه برای این رایانه‌های پر سر و صدا و جذاب هستند.

تا همین اواخر، تنها نمونه از الکترونیک مایع، میکروسوییچ‌های ساخته شده از لوله‌های شیشه‌ای کوچک با مهره‌ای از جیوه در داخل آن بود که در آن امکان سوئیچ را وقتی بین دو سیم حرکت می‌کرد، از بین می‌برد.

اساسا ترانزیستور مایع، سوئیچ بسیار پیچیده‌ای است که از آلیاژ فلزی مایع ساخته شده است و غیرسمی است، بنابراین می‌توان آن را برای ساخت مداری نرم و قابل کشش به لاستیک تزریق کرد.

بر خلاف سوئیچ جیوه‌ای که با چرخش شیشه کوچک مدار را می‌بندد، ترانزیستور مایع با باز کردن و بستن اتصال بین قطرات کوچک فلزی با استفاده از جهت ولتاژ کار می‌کند. هنگامی که در یک جهت جریان دارد، قطرات ترکیب و مدار بسته می‌شود. اگر هم در جهت مخالف در جریان باشد، قطره تقسیم و مدار باز می‌شود.

کارمل مجیدی و جیمز ویسمن محققان آزمایشگاه “ماشین‌های نرم” دانشگاه کارنگی ملون می‌گویند که تناوب باز و بسته شدن سوئیچ اجازه می‌دهد تا ترانزیستور را به خاطر پدیده ناپایداری مویرگی تقلید کند.

بخش دشوار کار ایجاد ناپایداری بود، به طوری که قطرات از دو به یک تغییر می‌کردند و مدام تغییر حالت می‌دادند.

مجیدی می‌گوید: ما همیشه ناپایداری مویرگی را می‌بینیم. اگر شیر آب را باز کنید و سرعت جریان خیلی پایین باشد، گاهی اوقات می‌بینیم که جریان آب از حالت پایدار به رشته قطرات تبدیل می‌شود. این یک ناپایداری مویرگی موسوم به “ناپایداری رایلی”( Rayleigh instability) است.

با آزمایش قطرات در یک حمام سدیم هیدروکسید، مهندسان دریافتند که رابطه‌ای بین ولتاژ و واکنش الکتروشیمیایی وجود دارد که در آن ولتاژ یک سطح شیب‌دار(گرادینت) در اکسیداسیون روی سطح قطره ایجاد می‌کند، کشش سطحی را تغییر می‌دهد و موجب تقسیم قطره به دو نیم می‌شود. مهمتر از همه، خواص سوئیچ مانند ترانزیستور عمل کرد.

مجیدی می‌گوید: ما این دو قطره را داریم که مشابه الکترودهای منبع و تخلیه در یک ترانزیستور میدان اثر است و می‌توانیم از این شکل قابل برنامه‌ریزی برای باز کردن و بستن مدار استفاده کنیم. شما می‌توانید در نهایت از این اثر برای ایجاد این مدارهای فیزیکی قابل تنظیم مجدد استفاده کنید.

محققان می‌گویند که ترانزیستور مایع جدید، راه را برای دستیابی به کامپیوترهای مینیاتوری مایع هموار می‌کند و می‌تواند به طور مستقیم وارد بافت‌های بدن شود و با آنها ارتباط برقرار کند و به عنوان نظارت بر بیماری عمل کند و یا به بیماران سکته مغزی کمک می‌کند تا عملکرد مغز خود را بازیابی کنند.

علاوه بر این، مدارهای مایع می‌توانند مواد را مجددا تنظیم کنند تا عملکردشان را تغییر دهند یا از مناطق آسیب دیده بگذرند.

مجیدی می‌گوید: این فناوری می‌تواند بر پایه ساختاری باشد که تغییرات و آسیب‌های فیزیکی را بهبود می‌بخشد، مانند یک ربات پروازی که در بال آسیب دیده یک پرنده به کار گرفته شود و هنگامی که بال خود را باز می‌کند، شما می‌خواهید شدت جریان را در بال‌ها نیز تغییر داده و مجددا پیکربندی کنید تا بتوانید از آنها برای کمک به پرواز پرنده استفاده کنید، یا از نوع جدیدی از قابلیت‌های الکتریکی استفاده کنید.

این پژوهش در Advanced Science منتشر شده است.