توجد مجموعات متنوعة من المجسات الإلكترونية التي تستخدم في استشعار درجات الحرارة في المجال الزراعي والهندسة الميكانيكية والفحوص الطبية ومجالات توليد الطاقة وخطوط الأنابيب، لكنها قد توفر قراءات خاطئة وغير دقيقة في بعض الأحيان خاصة في البيئات الصعبة.
لذلك، قام فريق بحثي من جامعة خليفة يضم كلًا من الدكتور حيدر بات، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية والدكتور فهد علم، زميل دكتوراه والدكتور محمد الشريف، زميل دكتوراه أيضًا وأحمد صالح، مساعد بحثي، بتطوير ألياف ضوئية بوليمرية يمكن تصنيعها بالاستعانة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بهدف قياس درجات الحرارة. وتم نشر نتائجهم البحثية في المجلة الدولية "أديتيف مانيفاكتشورنغ"، وهي مجلة علمية رائدة متخصصة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد.
تقوم مجسات درجات الحرارة الضوئية على تكنولوجيا الألياف الضوئية، وتتميز بإمكانية تشغيلها في نطاق واسع من درجات الحرارة ولا تتطلب أسلاكًا كهربائية، كما أنها مقاومة لأي خلل كهربائي ومغناطيسي قد يحدث. إضافة لذلك، تتم عملية صناعة الألياف الضوئية عن طريق تمديد الزجاج أو البلاستيك لقطر أكثر سمكًا من سمك الشعرة نوعًا ما، الأمر الذي يجعل هيكلها هشًا.
من جانبه، علق الدكتور حيدر قائلًا: "تتميز مجسات الألياف الضوئية بإمكانية عملها في البيئات الصعبة، نظرًا لقدرتها على مقاومة أية تدخلات كهرومغناطيسية وامتلاكها لقدرات الاستشعار عن بعد. وعلى الرغم من أن هذه المجسات لديها إمكانات كبيرة في الاستشعار ، إلا أنها تعاني من بعض المشاكل من ناحية الاستدامة بسبب سهولة تأثرها بالاختلالات الميكانيكية".
وأضاف: "تعتبر مجسات الألياف البوليمرية حلًا بديلًا نتيجة المزايا التي تؤهلها لذلك والتي تشمل الكفاءة والفعالية والدقة، كما لا تتأثر بالاختلالات المحيطة ويمكن إعادة استخدامها".
وفي سياق متصل، يمكن توفير الألياف الضوئية البوليمرية بسهولة من خلال تصميمها وإنتاجها بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بهدف الاستفادة منها في مجالات تجارية وغيرها، ما يمهد الطريق أمام توسيع نطاق البحوث في هذا الصدد. ومن جهة أخرى، يمكن إضافة بعض المواد على المادة البوليمرية خلال عملية طباعة المجسات لتوفير بعض الخصائص كتعدد المهام وسرعة الاستجابة بالمحفزات.
ويمكن للألياف الضوئية قياس درجات الحرارة في مجموعة من الطرق، لكن ركز الفريق البحثي على طريقة أصباغ الكروم الحرارية والتي تتمثل بإنتاج ألياف من خلال مزجها بمساحيق الكروم الحراري لإظهار استجابة ضوئية بالاعتماد على درجة الحرارة.
وفي هذا الإطار، حضر الفريق البحثي المادة البوليمرية لعملية التصنيع والذي يشمل تحضير مساحيق الكروم الحراري الحمراء والزرقاء والخضراء، حيث تم إنتاج خمس عينات وهي،ألياف شفافة خالية من المساحيق وألياف مختلطة تجمع ما بين المسحوق الأحمر والمسحوق الأزرق وألياف ثلاثة أخرى من كل لون. وتميزت الألياف المصنوعة بمرونتها وفعاليتها، ولكن تمت ملاحظة تدني مستوى الفعالية في الألياف مختلطة الألوان نتيجة ارتفاع نسب تركيز المساحيق فيها. وبذلك، توصل الباحثون إلى أهمية توزيع نسب المساحيق في الألياف لضمان نجاح عملية التصنيع.
وقال الدكتور حيدر: "قمنا باختبار قدرات استشعار درجات الحرارة من خلال مقارنة تحول اللون مع درجات الحرارة في بيئة مفتوحة. ففي درجة حرارة الغرفة تم تمييز جميع الألوان، في حين أصبحت جميع العينات شفافة وغير قابلة للتحديد في درجة حرارة بلغت 32 درجة سلسيوسية".
يذكر أن الفريق البحثي قد تمكن من إظهار الإمكانات الكبيرة في تطبيقات الاستشعار التي تقوم على الألياف الضوئية سريعة الاستجابة والمصنوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومن ناحية ثانية، يعتبر الاستشعار متعدد الوظائف في الألياف الضوئية المصنوعة بالطباعة ثلاثية الأبعاد حلًا جديدًا يمكن الاستفادة منه مستقبلًا في التطبيقات الطبية الحيوية من خلال إجراء المزيد من التجارب والاختبارات.