تستخدم جامعة بكين أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد لإحراز تقدم جديد في أبحاث مركبات السيراميك الكهرضغطية المرنة

تتمتع المواد الكهرضغطية بقدرة ممتازة على تحويل القوة الميكانيكية إلى شحنة كهربائية والعكس. تم استخدام السيراميك الكهرضغطي مثل تيتانات زركونات الرصاص وتيتانات الرصاص ونيوبات المغنيسيوم وما إلى ذلك على نطاق واسع في أجهزة الاستشعار والمحركات ومحولات الطاقة وحصادات الطاقة. ومع ذلك، المواد الخزفية الخزفية نفسها هشة. بالنسبة للمواد الخزفية التقليدية، تعتبر المرونة الميكانيكية والكهرضغطية خاصيتين متناقضتين. عادةً ما يؤدي تحسين أداء واحد إلى الإضرار بالآخر. على سبيل المثال، يتمتع السيراميك المعتمد على تيتانات زركونات الرصاص بخصائص كهرضغطية أعلى، ولكن نظرًا لهشاشته المتأصلة، فإن السيراميك المعتمد على تيتانات زركونات الرصاص غير مناسب للتكامل المباشر في الأجهزة الإلكترونية المرنة. من أجل توسيع نطاق تطبيق المواد الكهرضغطية في الاستشعار المرن والمجالات الأخرى، من الضروري تطوير مواد مركبة سيراميكية كهرضغطية مرنة تتمتع بالمرونة الميكانيكية والاستجابة للاهتزازات الميكانيكية البيئية أو المحفزات الخارجية.

أو بنية الوصلات غير المتجانسة، معامل الجهد الكهرضغطي للمستقطب المواد المركبة الكهرضغطية بشكل كبير، والتي يمكن أن تصل إلى 400×10-3 فولت م ن -1. كما تم أيضًا تحسين وجدت أبحاث أخرى أن المادة المركبة الكهروضغطية المطبوعة ثلاثية الأبعاد المستقطبة تتمتع بحساسية عالية لنقرات الأصابع البسيطة، ولها استجابة جهد كبيرة لتأثير الأجسام المتساقطة بحرية؛ من خلال الاقتران الكهروميكانيكي، يمكن تحويل الطاقة الميكانيكية المدخلة بشكل فعال إلى طاقة كهربائية، ويمكن إضاءة 20 مصباح LED أحمر تجاري دون استخدام أي وحدة تخزين شحن. من المتوقع أن يكون لنتائج هذا البحث إمكانات تطبيقية مهمة في الأجهزة الإلكترونية المرنة القابلة للارتداء في المستقبل، والاستشعار المرن الآلي والتعرف على الإشارات الحيوية، فضلاً عن استعادة الطاقة الميكانيكية.

محرك بالموجات فوق الصوتية يظهر قوة كبيرة في المعدات الطبية

مصدر طاقة الآلة الطبية الدقيقة-USM

 

المشكلة الرئيسية للبحث الحالي في مجال الأنظمة الطبية الحيوية الدقيقة هي العثور على مصدر طاقة صغير وطويل الأمد، وتعبئة الدواء في كبسولة أو عبوة، وإجراء التحقق والمراقبة. تتمتع أجهزة وأنظمة توصيل الأدوية المصنعة بتقنية التصنيع الدقيق حاليًا بالعديد من التقنيات المتقدمة، خاصة في توصيل الأدوية من خلال المجسات الدقيقة وإطلاق الأدوية التي يتم حقنها في جسم الإنسان.

يشتمل النظام النفاث الصغير لتوصيل الأدوية على محركات بالموجات فوق الصوتية الدقيقة أو مضخات كهرضغطية صغيرة ولصقات الرحلان الكهربائي والحبوب الذكية. تُستخدم المحركات بالموجات فوق الصوتية كقوة للأجهزة الطبية الدقيقة لتوجيه أجهزة الجر الطبية إلى جسم الإنسان أو توصيل الأدوية إلى جسم الإنسان.

 

يُظهر USM قوة كبيرة في المعدات الطبية

في عملية زرع الجينات والتلقيح الاصطناعي، يعد إدخال ماصة صغيرة في السيتوبلازم عملية لا غنى عنها. متى تعمل محولات الطاقة الخزفية الخزفية باستخدام مشغل هيدروليكي تقليدي، نظرًا لمرونة غشاء الخلية، ستتشوه الخلية بأكملها بشكل كبير، وهذا التشوه المفرط سوف يتسبب في تلف نواة الخلية. قام المختبر بتطوير مجموعة من أنظمة المعالجة الدقيقة للتلاعب بالخلايا، والتي تستخدم محركًا خطيًا بالموجات فوق الصوتية لتحقيق حركة سلسة دون حدوث تشوه كبير في غشاء الخلية.

 

تُستخدم أيضًا محركات الموجات فوق الصوتية متعددة درجات الحرية في العمليات الجراحية. يتم تطبيق محرك الموجات فوق الصوتية الأسطواني متعدد درجات الحرية على الملقط الجراحي، ويُقترح استخدام طريقة الشبكة العصبية للتحكم بدقة في زاوية دوران الملقط.

في منظار الكبسولة، تعد كيفية التحكم في دوران العدسة وتركيزها مشكلة صعبة. يوفر استخدام محرك صغير بالموجات فوق الصوتية من نوع أنبوب كهرضغطية جديد حلاً لهذه المشكلة. التحسين الرئيسي يكمن في استخدام جوفاء محرك بالموجات فوق الصوتية لأنبوب السيراميك الكهرضغطي  ومنشور بسطح تركيز. يتم إدخال الألياف الضوئية في محرك الموجات فوق الصوتية المجوف، ويتم موازنة الضوء بواسطة عدسة ذاتية التركيز، ثم ينعكس بواسطة المنشور، حتى يخرج، يتم تركيزه بواسطة سطح شبه كروي. عندما يعمل المحرك، يمكنه دفع العدسة ذاتية التركيز والمنشور للدوران في نفس الوقت، وذلك لتحقيق المسح الدائري. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقصير مسافة عمل النظام البصري بشكل كبير وتحسين الدقة الجانبية. في الوقت نفسه، نظرًا لوجود الألياف الضوئية والمحرك على نفس الجانب، يتم تقصير طول المسبار، ويتم تجنب المشكلات مثل سلك المحرك الذي يعوق التصوير.

 

USM مناسب جدًا للرنين المغناطيسي النووي

 

نظرًا لأن محرك الموجات فوق الصوتية لا يولد مجالًا مغناطيسيًا من تلقاء نفسه، ولا يخضع لتداخل المجال المغناطيسي، فهو عملي جدًا للرنين المغناطيسي النووي. عندما يخضع المريض لفحص التصوير بالرنين المغناطيسي فإنه يحتاج إلى حقن محلول دوائي، ويتطلب الحقن سرعة ثابتة. أفضل طريقة هي تشغيل المحرك بسرعة ثابتة، لكن المحرك الكهرومغناطيسي التقليدي نفسه يولد مجالًا مغناطيسيًا يتداخل مع التصوير. لن يتم استخدام المحركات بالموجات فوق الصوتية.