সিন্থেটিক উপকরণ বিজ্ঞান, প্রকৌশল এবং শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবে বেশিরভাগই শুধুমাত্র সীমিত কার্য সম্পাদনের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। পেন স্টেটের একটি গবেষণা দল এটি পরিবর্তন করতে বেরিয়েছে। ইন্ডাস্ট্রিয়াল অ্যান্ড ম্যানুফ্যাকচারিং ইঞ্জিনিয়ারিং (আইএমই) এর সহকারী অধ্যাপক হংতাও সুনের নেতৃত্বে, গ্রুপটি একটি নতুন উত্পাদন প্রযুক্তি তৈরি করেছে যা বহুমুখী “স্মার্ট সিন্থেটিক ত্বক” তৈরি করতে পারে। এই অভিযোজনযোগ্য উপকরণগুলি বিভিন্ন ধরনের ফাংশন সঞ্চালনের জন্য প্রোগ্রাম করা যেতে পারে, যার মধ্যে তথ্য লুকানো বা প্রকাশ করা, অভিযোজিত ছদ্মবেশ সক্ষম করা এবং নরম রোবোটিক সিস্টেমগুলিকে সমর্থন করা।
এই নতুন পদ্ধতি ব্যবহার করে, গবেষকরা হাইড্রোজেল দিয়ে তৈরি একটি প্রোগ্রামযোগ্য স্মার্ট ত্বক তৈরি করেছেন, একটি নরম, জল-সমৃদ্ধ উপাদান। প্রথাগত সিন্থেটিক উপকরণগুলির বিপরীতে যা স্থির আচরণ রয়েছে, এই স্মার্ট ত্বককে বিভিন্ন উপায়ে প্রতিক্রিয়া জানাতে প্রোগ্রাম করা যেতে পারে। উপাদানটি যখন তাপ, দ্রাবক বা শারীরিক চাপের মতো বাহ্যিক ট্রিগারের সংস্পর্শে আসে তখন এর চেহারা, যান্ত্রিক আচরণ, পৃষ্ঠের গঠন এবং আকৃতি পরিবর্তন করার ক্ষমতা সবই সামঞ্জস্য করা যায়।
ফলাফল প্রকাশিত হয় প্রকৃতি যোগাযোগযেখানে গবেষণাটি সম্পাদকদের হাইলাইটের জন্যও নির্বাচিত হয়েছিল।
অক্টোপাস ত্বক এবং জীবন ব্যবস্থা দ্বারা অনুপ্রাণিত
সান, প্রকল্পের প্রধান তদন্তকারী, বলেছেন যে ধারণাটি অক্টোপাসের মতো সেফালোপড দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়েছিল, যা তাদের ত্বকের ফর্ম এবং গঠন দ্রুত পরিবর্তন করতে পারে। এই প্রাণীগুলি তাদের আশেপাশের সাথে মিশে যেতে বা একে অপরের সাথে যোগাযোগ করতে এই ধরনের পরিবর্তনগুলি ব্যবহার করে।
“সেফালোপডগুলি তাদের ত্বকের চেহারা এবং টেক্সচারের উপর গতিশীল নিয়ন্ত্রণ প্রদর্শন করতে পেশী এবং স্নায়ুর একটি জটিল সিস্টেম ব্যবহার করে,” সান বলেছিলেন। “এই নরম প্রাণীদের দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়ে, আমরা একটি কৃত্রিম, নরম উপাদানে সেই ধারণাটি ক্যাপচার করার জন্য একটি 4D-প্রিন্টিং সিস্টেম তৈরি করেছি।”
বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিং ইনস্টিটিউট, ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং এবং পেন স্টেটের মেটেরিয়ালস রিসার্চ ইনস্টিটিউটের সাথেও সানের সম্পর্ক রয়েছে। তিনি প্রক্রিয়াটিকে 4D প্রিন্টিং হিসাবে বর্ণনা করেছেন কারণ মুদ্রিত বস্তুগুলি স্থির নয়। পরিবর্তে, পরিবেশগত অবস্থার প্রতিক্রিয়ায় তারা সক্রিয়ভাবে পরিবর্তন হতে পারে।
উপাদানে ডিজিটাল নির্দেশাবলী মুদ্রণ
এই অভিযোজনযোগ্যতা অর্জনের জন্য, দলটি হাফটোন-এনকোডেড প্রিন্টিং নামে একটি পদ্ধতি ব্যবহার করেছিল। এই প্রযুক্তি ইমেজ বা টেক্সচার ডেটাকে বাইনারি ও শূন্যে রূপান্তর করে এবং সেই তথ্য সরাসরি উপাদানে এম্বেড করে। এই পদ্ধতিটি সংবাদপত্র বা ফটোগ্রাফে ছবি তৈরি করতে ডট প্যাটার্ন ব্যবহার করা হয়।
হাইড্রোজেলের মধ্যে এই ডিজিটাল প্যাটার্নগুলি এনকোড করার মাধ্যমে, গবেষকরা প্রোগ্রাম করতে পারেন কিভাবে স্মার্ট ত্বক বিভিন্ন উদ্দীপনায় প্রতিক্রিয়া জানায়। মুদ্রিত নিদর্শনগুলি নির্ধারণ করে কিভাবে উপাদানের বিভিন্ন ক্ষেত্র প্রতিক্রিয়া করে। তাপমাত্রার পরিবর্তন, তরল বা যান্ত্রিক শক্তির সংস্পর্শে এলে কিছু এলাকা অন্যদের তুলনায় ফুলে, সঙ্কুচিত বা নরম হতে পারে। এই প্যাটার্নগুলি সাবধানে ডিজাইন করে, দল সামগ্রীর সামগ্রিক আচরণ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে।
“সহজ ভাষায়, আমরা উপাদানগুলিতে নির্দেশাবলী মুদ্রণ করছি,” সান ব্যাখ্যা করেছেন। “এই নির্দেশাবলী ত্বককে বলে যে তার চারপাশের কিছু পরিবর্তন হলে কীভাবে প্রতিক্রিয়া দেখাবে।”
চাহিদা অনুযায়ী ছবি লুকানো এবং প্রকাশ করা
সবচেয়ে আকর্ষণীয় প্রদর্শনের মধ্যে একটি উপাদানের চাক্ষুষ তথ্য লুকানোর এবং প্রকাশ করার ক্ষমতা জড়িত। আইএমই-এর একজন ডক্টরেট প্রার্থী এবং গবেষণাপত্রের প্রথম লেখক হাওকিং ইয়াং বলেন, এই ক্ষমতা স্মার্ট ত্বকের সম্ভাবনাকে তুলে ধরে।
প্রভাব প্রদর্শনের জন্য, দলটি মোনা লিসার একটি ছবিকে একটি হাইড্রোজেল ফিল্মে এনকোড করেছে। যখন উপাদানটি ইথানল দিয়ে ধুয়ে ফেলা হয়, তখন এটি স্বচ্ছ দেখায় এবং কোনও দৃশ্যমান চিত্র দৃশ্যমান ছিল না। ফিল্মটিকে বরফের জলে রাখার পরে বা ধীরে ধীরে গরম করার পরেই লুকানো চিত্রটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে।
ইয়াং বলেন যে মোনালিসা শুধুমাত্র একটি উদাহরণ হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল। মুদ্রণ প্রযুক্তি কার্যত যে কোনও চিত্রকে হাইড্রোজেলে এনকোড করার অনুমতি দেয়।
“এই আচরণটি ছদ্মবেশের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যেখানে একটি পৃষ্ঠ তার পরিবেশে মিশে যায়, বা তথ্য এনক্রিপশনের জন্য, যেখানে বার্তাগুলি লুকানো থাকে এবং শুধুমাত্র নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে প্রকাশ করা হয়,” ইয়াং বলেছিলেন।
গবেষকরা আরও দেখিয়েছেন যে লুকানো নিদর্শনগুলি আলতো করে উপাদানটিকে প্রসারিত করে এবং ডিজিটাল ইমেজ পারস্পরিক সম্পর্ক বিশ্লেষণ ব্যবহার করে এটি কীভাবে বিকৃত হয় তা বিশ্লেষণ করে সনাক্ত করা যেতে পারে। এর মানে হল যে তথ্য শুধুমাত্র দৃশ্যত নয়, যান্ত্রিক যোগাযোগের মাধ্যমেও প্রকাশ করা যেতে পারে, নিরাপত্তার একটি অতিরিক্ত স্তর যোগ করে।
একাধিক স্তর ছাড়াই আকার পরিবর্তন করুন
স্মার্ট ত্বকও অসাধারণ নমনীয়তা প্রদর্শন করেছে। সূর্যের মতে, উপাদানটি সহজে একটি সমতল শীট থেকে জটিল, জৈব-অনুপ্রাণিত আকারে বিশদ পৃষ্ঠের টেক্সচার সহ স্থানান্তর করতে পারে। অন্যান্য অনেক আকৃতি-বদলকারী উপকরণের মত, এই রূপান্তরের জন্য একাধিক স্তর বা বিভিন্ন পদার্থের প্রয়োজন হয় না।
পরিবর্তে, আকার এবং টেক্সচারের পরিবর্তনগুলি সম্পূর্ণরূপে একই শীটের মধ্যে ডিজিটালভাবে মুদ্রিত হাফটোন প্যাটার্ন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এটি উপাদানটিকে সেফালোপড ত্বকে দেখা প্রভাবগুলির প্রতিলিপি করতে দেয়।
এই ক্ষমতার উপর ভিত্তি করে, দলটি দেখিয়েছে যে একাধিক ফাংশন একসাথে কাজ করার জন্য প্রোগ্রাম করা যেতে পারে। সাবধানে হাফটোন প্যাটার্ন ডিজাইন করে, তিনি মোনা লিসার ছবিকে ফ্ল্যাট ফিল্মগুলিতে এনকোড করেছিলেন যেগুলি তখন ত্রিমাত্রিক আকারে রূপান্তরিত হয়েছিল। শীটগুলি গম্বুজের মতো আকারে বাঁকানোর সাথে সাথে লুকানো চিত্রটি ধীরে ধীরে প্রকাশিত হয়েছিল, যা দেখায় যে আকৃতি এবং চাক্ষুষ চেহারার পরিবর্তনগুলি একটি উপাদানের মধ্যে সমন্বিত হতে পারে।
“যেমন সেফালোপডগুলি শরীরের আকৃতি এবং ত্বকের প্যাটার্নের সমন্বয় সাধন করে, সিন্থেটিক স্মার্ট ত্বক একই সাথে এটি কীভাবে দেখায় এবং কীভাবে এটি বিকৃত হয় তা নিয়ন্ত্রণ করতে পারে, সমস্ত একটি একক নরম উপাদানের মধ্যে,” সান বলেছিলেন।
4D-প্রিন্টেড হাইড্রোজেলের সম্ভাবনা প্রসারিত করা
সান বলেছেন যে নতুন কাজটি 4D-প্রিন্টেড স্মার্ট হাইড্রোজেলের উপর দলের আগের গবেষণার উপর ভিত্তি করে তৈরি করেছে, যা প্রকাশিত হয়েছিল। প্রকৃতি যোগাযোগ. পূর্ববর্তী অধ্যয়নগুলি সমতল থেকে ত্রিমাত্রিক ফর্মগুলিতে প্রোগ্রামযোগ্য পরিবর্তনগুলির সাথে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছিল। বর্তমান গবেষণায়, দলটি একটি একক হাইড্রোজেল ফিল্মে আরও বেশি ফাংশন সংহত করার জন্য হাফটোন-এনকোডেড 4D প্রিন্টিং ব্যবহার করে পদ্ধতির প্রসারিত করেছে।
সামনের দিকে তাকিয়ে, গবেষকদের লক্ষ্য একটি মাপযোগ্য এবং বহুমুখী প্ল্যাটফর্ম তৈরি করা যা একটি অভিযোজিত উপাদানের মধ্যে একাধিক ফাংশনের সুনির্দিষ্ট ডিজিটাল এনকোডিংকে অনুমতি দেয়।
“উন্নত উত্পাদন, বুদ্ধিমান উপকরণ এবং মেকানিক্সের সংযোগস্থলে এই আন্তঃবিভাগীয় গবেষণা উদ্দীপনা-প্রতিক্রিয়াশীল সিস্টেম, বায়োমিমেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং, উন্নত এনক্রিপশন প্রযুক্তি, বায়োমেডিকাল ডিভাইস এবং আরও অনেক কিছুর জন্য বিস্তৃত প্রভাব সহ নতুন সুযোগগুলি উন্মুক্ত করে,” সান বলেছেন।
গবেষণায় পেন স্টেটের সহ-লেখক হাওটিয়ান লি এবং জুচেন ঝাং, উভয়ই আইএমই-তে ডক্টরাল প্রার্থী এবং বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের প্রভাষক তেংজিয়াও লিউ অন্তর্ভুক্ত। জর্জিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক এইচ জেরি কিউইও এই প্রকল্পে সহযোগিতা করেছেন।
