Saydam Elektronik 2 >> Elastik elektronik devreler tansiyon, şeker ve kalp hastalarına çare olacak
Terminator 2 filmindeki sıvı metalden yapılma T-1000 gerçek oluyor: Yapay kalp naklinden tutun da kemik protezlerine kadar birçok alanda yapay organların önündeki en büyük engel insan vücuduna elektronik devre yerleştirmekti.
Tahmin edebileceğiniz gibi başta kan olmak üzere, vücut sıvıları hassas elektronik devrelere zarar veriyor (kulaklığınızı çay bardağına düşürdüğünüzü varsayın, klasik dalgın ofis sendromu 🙂 ). Oysa yapay kalp gibi akıllı protezlerin çalışması için elektronik devrelere ihtiyaç var.
Hastaların vücuduna yerleştirilen esnek yapay organlar doktorları beyin kanaması, yüksek tansiyon ve şeker komasına karşı önceden uyarabilir. Bu da yaşlı hastaları evde yalnız bırakma korkusunun önüne geçecek bir gelişme.
Elastik yapay organlar sayesinde, doktorlar evdeki hastaları hastaneden, hatta akıllı telefon ve tabletlerden izleyebilecekler. Ancak, bunun için önce esnek organlara takılacak elastik çipler geliştirmemiz gerek. Kablosuz internet bağlantısı olan elastik çipler sadece derialtına değil, doğrudan iç organlara da takılabilir ve hastayı günde 24 saat kontrol ederek gerekirse doktora haber verebilir.
Katlanabilen klavye problemi
Bilim adamları 30 yıldan uzun bir süredir insanların kazak gibi giyebilecekleri esnek, taşınabilir bilgisayarlar geliştirmeye çalışıyor. Organik LED (OLED) teknolojisi kullanan ve iz bırakmadan mendil gibi katlanabilen esnek ekranlarla 8 yılda önemli ilerlemeler kaydettik. Ancak, akıllı protezler geliştirmek için kullanacağımız elektronik devrelere lastik gibi esneklik kazandıramadık.
Esnek ekranlardan söz edildiğini duyuyoruz, peki esnek telefonlardan söz edildiğini hiç duydunuz mu? Bugün Electro World’den alacağınız esnek klavyeleri bile elektronik devrelere basılan bakır tellerin mekanik direnç sınırı nedeniyle istediğimiz gibi katlayamıyoruz. Bununla birlikte esnek telefonlar sandığımızdan yakın olabilir. Bunun ilk aşaması esnek yapay organlar için elastik devreler geliştirmektir. Daha sonra bu teknolojiyi katlanabilir telefonlar üretmekte kullanacağız.
Tıpta elastik yapay organlar
Esnek elektronik devreler, giyilebilir bilgisayarlar ve yapay organlar için şart. Çünkü bütün modern protezler tıbbi kontroller için elektronik devre ve çiplerden yararlanıyor. Kalbinde ritim bozukluğu olan hastalarda hayat kurtaran ritim kontrol çiplerini buna örnek gösterebiliriz. Ancak, sağlık sektöründe “esnek protezlerin” bir sınırı var. Doktorlar kauçuk ve benzeri maddelerden elastik protezler yaptı ama bu protezler için esnek kontrol çipleri üretemedi.
Sıvı metal devreler
Terminator 2 filminde, sıvı metalden yapılma T-1000 adlı robotun kolayca nasıl şekil değiştirdiğini biliyorsunuz… Bilim adamları işte bu filmden hareketle, insan kası gibi esneyebilen elastik devreler geliştiriyorlar.
Northwestern Üniversitesi McCormick Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırmacılar, elektronik devrelerin orijinal boyunun 200 katı kadar uzamasını sağlayan yeni bir materyel geliştirdiler. Evet, bisküvi paketlerinin ağzını kapatmakta kullandığımız lastikler gibi uzayan elektronik devrelerden bahsediyoruz!
Esnek metal yapmak sorun değil, sorun elektrikte iletkenlik kaybını önlemek
Bilim adamları bir süre önce esnek metal geliştirmenin farklı yollarını buldular. Ancak, bilgisayar devrelerindeki sert bakır tellerin yerine esnek metaller kullandığımız zaman, bu metaller elektrik iletme gücünü büyük ölçüde kaybediyordu. Elastik metallerin iletkenliğini kaybetmesinin nedeni ise metallerin moleküler yapısıyla alakalı… Bunu açıklayalım.
Elektrik akımı nedir? Sıra sıra odalar, birbirini kovalar
1 milimetre çapındaki bakır telden geçen 10 amperlik akımda elektronların kabloda ilerleme hızı saatte sadece 86 santimetredir! Nasıl olur diyeceksiniz, hani elektromanyetik dalgalar ışık hızında giderdi, neden voltaj salyangoz hızında gidiyor? Çünkü elektrik akımı dediğimiz şey, bir elektronun elektrik kablosunun bir ucundan girip diğer ucundan çıkması değildir.
Bir kablonun ucuna elektrik verdiğimizde, kablonun başındaki elektron yanındaki elektronu iterek onun yerine geçiyor. Yerinden olan elektron da kendi yanındaki elektronu iterek onun yerine geçiyor. Elektrik teli boyunca elektronlar böyle birer birer yana kayıyor. Nihayet kablonun diğer ucundaki elektrona sıra geliyor. Bu elektron da yer kalmadığı için kabloyu terk ederek prize ve prize takılı elektrikli alete geçiyor.
Elektrikli süpürgeyi prize taktığımızda çalışmasının nedeni bu… Yoksa Keban Barajı’ndan çıkan elektronun bütün Türkiye’yi kat ettikten sonra evinize geldiğini sanmayın :). Elektrik kablosu boş bir otoyol değildir; bunun yerine, kalabalık bir metrobüs durağını andırır.
Esnek metallerin elektriği iyi iletememesinin nedeni de bu… Esnek metalden yapılma bir tel büküldüğü zaman telin ortasındaki elektron yana kayınca başka bir elektronla değil, bükülen telin altta kalmasından kaynaklanan bir boşlukla karşılaşıyor. Elektronun yanında itecek bir elektron bulunmadığında elektrik akımı da kesintiye uğramış oluyor.
Sıvı metalden yapılma esnek devreler
Bilim adamları elektriği sadece belirli yönlerde (örneğin sağdan sola ve soldan sağa) iletebilen bakır tellerin sınırlamalarını aşmak için üç boyutlu yapılar geliştirmeye odaklandılar. Delikli organik polimerler bu çözümlerden biriydi. Örümcek ağı veya insan kemikleri gibi gözenekli bir yapıya sahip olan polimerler (tekrarlanan yapılardan oluşan organik veya inorganik uzun molekül zincirleri) elektriği hem yatay (sağdan sola) hem de dikey (yukarıdan aşağıya) iletmek için gereken üç boyutlu yapıya sahipti.
Öte yandan polimerler elektriği tek başına iletemiyordu. Bilim adamları, banyo süngerini andıran delikli bir yapıya sahip polimerlerin gözeneklerine özel bir sıvı metal doldurarak bu engeli aştı. Polimerler kâğıt gibi ne yöne bükülürse bükülsün, gözenekleri dolduran sıvı metal, iletkenliğini aynen koruyordu.
Bilim adamları polimer olarak poli(dimetilsiloksan) (PDMS) kullandılar ve boyunun 3 katı esneyebilen PDMS’in gözeneklerine de EGaIn adlı özel bir sıvı metal doldurdular (ötektik galyum indiyum). Sıvılar içinde bulunduğu kabın şeklini aldığı için, araştırmacılar sıvı metal dolu elastik polimer kılıflar sayesinde esnek devreler geliştirmeyi başardılar.
Esnek yapay organlar doktorları beyin kanamasına karşı önceden uyaracak
Yapay kalp takılı hastaların, şeker ve tansiyon hastalarının sürekli kontrole ihtiyacı var. Bunun için düzenli olarak hastaneye gitmeleri gerekiyor ve bu süreç hastaların gününü altüst ediyor, yaşam kalitesini düşürüyor.
Oysa standart metal protezlerin yerine esnek yapay organlar kullanılsaydı, insan vücuduna yerleştirilen elastik kontrol çipleri sayesinde, hastaların her gün hastaneye gitmesine gerek kalmayacaktı. Tansiyon ve ensülin kontrol çipleri, kriz geçirme riskini azaltarak hastaların ömrünü uzatacaktı. Tıbbi izleme ve check-up cihazlarının insan vücuduna yerleştirilmesi sağlık sektörünü rahatlatacak, hasta ziyaretlerini azaltacak ve sigorta maliyetlerini düşürecektir. Hastanın derisine geçici olarak yapıştırılan elastik devreler sayesinde, oda büyüklüğündeki MR cihazları bir gün tarihe karışacak.
Erken uyarı hayat kurtarıyor
Hipertansiyon hastalarını düşünün. Siz yokken hastanın evde tansiyonu çıkıyor ve geldiğiniz zaman şanslıysanız hastayı komada buluyorsunuz. Gerisi Allah’a ve doktorlara kalmış… Oysa hastaların vücuduna yerleştirilen elastik kontrol çipleri, 3G mobil ağlar veya ADSL bağlantısı üzerinden internete girerek şehrin öbür ucundaki doktorları önceden uyarabilir. Daha hastanın tansiyonu çıkmadan tehlike sinyalini alan doktorlar da eve ambulans yollayarak kişinin kalp krizi veya beyin kanaması geçirmesini önleyebilir.
Elastik çipler sayesinde gelecekte asla yalnız olmayacağız, boş otobanda otomobil kazası geçirsek bile derimizin altına yerleştirilen kontrol çipleri otomatik olarak ambulans çağıracak. Bütün bunlar 3B printerlar yardımıyla gerçekleşecek. Ne dersiniz? Bizi her yerde izleyen Büyük Birader’in iyi yanları da var mı?
Bu dizinin esnek kâğıt transistorları anlatan ilk bölümünü için tıklayınız.
