ویژگی‌های سطحی مواد، از جمله عواملی هستند که می‌توانند عملکرد یک محصول را در شرایط واقعی تعیین کنند. میزان چسبندگی رنگ به بدنه خودرو، دوام یک پوشش در برابر رطوبت، رفتار قطرات آب روی سطوح، مقاومت مواد در برابر یخ‌زدگی و حتی سازگاری مواد مورد استفاده در تجهیزات پزشکی، همگی به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سطح وابسته‌اند. به همین دلیل، شناخت و اندازه‌گیری دقیق این ویژگی‌ها برای صنایع مختلف و مراکز تحقیقاتی اهمیت زیادی دارد.
برای مثال، در تولید پوشش‌های آب‌گریز، صرفاً ساخت یک لایه نازک روی سطح کافی نیست؛ بلکه باید مشخص شود مایع تا چه اندازه روی آن پخش می‌شود یا به شکل قطره باقی می‌ماند. در صنایع نفت و گاز، خودروسازی، رنگ و رزین، نساجی و تولید مواد زیستی نیز رفتار سطحی مواد می‌تواند بر کیفیت، دوام و کارایی محصول نهایی اثر بگذارد. دستیابی به چنین اطلاعاتی به تجهیزات اندازه‌گیری تخصصی نیاز دارد؛ تجهیزاتی که باید بتوانند داده‌های قابل اعتماد، دقیق و تکرارپذیر تولید کنند.
یکی از ابزارهای مهم برای بررسی این ویژگی‌ها، دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس است. این دستگاه با بررسی شکل قطره مایع روی یک سطح جامد، اطلاعاتی درباره میزان تمایل سطح به جذب یا دفع مایعات ارائه می‌دهد. زاویه تماس کمتر معمولاً نشان‌دهنده تمایل بیشتر سطح به خیس‌شدن است، درحالی‌که افزایش این زاویه می‌تواند بیانگر رفتار آب‌گریزتر سطح باشد. اندازه‌گیری این پارامتر در ارزیابی پوشش‌های نانویی، اصلاح سطوح، مواد پلیمری و بسیاری از محصولات صنعتی کاربرد دارد.
با وجود اهمیت این اندازه‌گیری، دستیابی به نتایج دقیق همواره به روش تحلیل تصاویر و نحوه تشخیص مرز قطره وابسته است. در روش‌های متداول، اپراتور باید به‌صورت دستی محل برخورد قطره با سطح و مرزهای آن را مشخص کند. این کار علاوه بر زمان‌بر بودن، می‌تواند تحت تأثیر قضاوت فرد انجام‌دهنده آزمایش قرار گیرد. تفاوت در انتخاب نقاط مرزی، به‌ویژه در آزمایش‌های حساس، ممکن است به اختلاف در نتایج منجر شود. استفاده از روش‌های پردازش خودکار تصویر می‌تواند بخشی از این محدودیت را برطرف کند.
شرکت دانش‌بنیان نانومهندسی سطح ژیکان با توسعه نسل جدید دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس، از هوش مصنوعی برای تحلیل تصاویر و تعیین خودکار مرز قطره استفاده کرده است. در این سامانه، نرم‌افزار به‌جای اتکا به تشخیص دستی اپراتور، تصویر ثبت‌شده از قطره را پردازش می‌کند و موقعیت خط تماس قطره با سطح را تشخیص می‌دهد. سپس محاسبات مربوط به زاویه تماس بر اساس این داده‌ها انجام می‌شود. به این ترتیب، وابستگی نتیجه آزمایش به مهارت و تشخیص فرد کاهش پیدا می‌کند و امکان تکرارپذیری بیشتر اندازه‌گیری‌ها فراهم می‌شود.
یکی دیگر از قابلیت‌های شاخص این دستگاه، امکان چرخش دوربین به اطراف نمونه است. این ویژگی به ثبت تصاویر از زوایای مختلف کمک می‌کند و امکان بررسی دقیق‌تر خط تماس قطره و سطح را در اختیار پژوهشگر قرار می‌دهد. طراحی این قابلیت، که در قالب یک دستگاه اتوماتیک توسعه یافته و به ثبت اختراع رسیده است، از جمله ویژگی‌هایی است که محصول ژیکان را از بسیاری از تجهیزات متداول در این حوزه متمایز می‌کند.
توسعه این محصول حاصل یک فرایند چندساله تحقیق و مهندسی است. ایده اولیه ساخت دستگاه بومی اندازه‌گیری زاویه تماس در سال ۱۳۹۳ و در محیط دانشگاه تهران مطرح شد. به گفته امیر بحرینی، عضو هیئت‌مدیره شرکت ژیکان، این ایده پس از بازگشت یکی از استادان دانشگاه تهران از کانادا شکل گرفت و گروهی از نیروهای جوان دانشگاهی کار روی طراحی و ساخت آن را آغاز کردند.
تیم توسعه برای تبدیل ایده اولیه به یک محصول قابل استفاده در آزمایشگاه، حدود سه سال زمان صرف کرد. نخستین نسخه تجاری دستگاه در سال ۱۳۹۶ به بازار عرضه شد و پس از آن، فرایند اصلاح طراحی و ارتقای قابلیت‌های فنی ادامه یافت. این روند در نهایت به توسعه نسل جدید دستگاه منجر شد؛ نسلی که از سال ۱۴۰۳ با افزودن ماژول هوش مصنوعی وارد مرحله توسعه شد و در سال ۱۴۰۴ به تجاری‌سازی رسمی رسید. دریافت گواهی نانومقیاس نیز یکی از مراحل مهم تکمیل این فرایند بود.
البته فعالیت ژیکان به تولید دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس محدود نمی‌شود. این شرکت مجموعه‌ای از تجهیزات تخصصی مورد نیاز آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و صنعتی را طراحی و تولید کرده است. دستگاه تست تنش برشی بین یخ و سطح، مینی‌چیلر ترموالکتریکی، دیپ‌کوتر و پمپ سرنگی از جمله محصولات این مجموعه هستند.
در میان این محصولات، دستگاه تست تنش برشی بین یخ و سطح از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. یخ‌زدگی سطوح در برخی کاربردها، از جمله تجهیزات و سازه‌های مورد استفاده در شرایط آب‌وهوایی سرد، می‌تواند مشکلات عملیاتی و ایمنی ایجاد کند. در صنعت هوانوردی، برای نمونه، تجمع یخ روی بخش‌های مختلف هواپیما ممکن است عملکرد آیرودینامیکی را تحت تأثیر قرار دهد. توسعه پوشش‌های یخ‌گریز یکی از راهکارهای مقابله با این مسئله است، اما ارزیابی عملکرد چنین پوشش‌هایی به روش‌های آزمایشگاهی دقیق نیاز دارد.
دستگاهی که ژیکان برای این منظور توسعه داده، امکان بررسی نیروی لازم برای جدا کردن یخ از سطح را فراهم می‌کند. این اطلاعات به پژوهشگران کمک می‌کند تا عملکرد سطوح مختلف و پوشش‌های طراحی‌شده برای کاهش چسبندگی یخ را با یکدیگر مقایسه کنند. اهمیت این دستاورد تا جایی است که شرکت موفق شده است اختراع مرتبط با دستگاه تست سطوح یخ‌گریز را در آمریکا نیز به ثبت برساند.
از سوی دیگر، بومی‌سازی تجهیزات اندازه‌گیری خواص سطحی می‌تواند دسترسی آزمایشگاه‌ها به ابزارهای تخصصی را تسهیل کند. بسیاری از دستگاه‌های پیشرفته این حوزه از برندهای خارجی تأمین می‌شوند و خرید آن‌ها علاوه بر هزینه ارزی، ممکن است با محدودیت‌هایی در زمینه تأمین قطعات، تعمیرات و خدمات فنی همراه باشد. تولید داخلی این تجهیزات، در صورت حفظ کیفیت و دقت مورد نیاز، می‌تواند بخشی از وابستگی مراکز علمی و صنعتی به واردات را کاهش دهد.
به گفته نماینده این شرکت، تجهیزات تولیدشده در ژیکان با قیمتی حدود نصف تا یک‌سوم نمونه‌های خارجی عرضه می‌شوند؛ درحالی‌که از نظر کیفیت و قابلیت‌های فنی با محصولات برندهای معتبر بین‌المللی قابل مقایسه هستند. برآورد این مجموعه نشان می‌دهد که تولید و عرضه تجهیزات آن تاکنون حدود ۲.۵ میلیون دلار صرفه‌جویی ارزی برای کشور به همراه داشته است. توسعه بازار داخلی و ورود گسترده‌تر به بازارهای صادراتی می‌تواند ظرفیت اقتصادی این فعالیت را افزایش دهد.
یکی دیگر از ویژگی‌های مورد توجه در طراحی محصولات ژیکان، استفاده از ساختار ماژولار است. در این رویکرد، دستگاه به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که امکان افزودن قابلیت‌های جدید یا ارتقای بخش‌های مختلف آن وجود داشته باشد. برای نمونه، قابلیت‌های پردازش مبتنی بر هوش مصنوعی به‌عنوان یک ماژول جدید به نسل‌های قبلی دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس نیز قابل اضافه شدن است. چنین امکانی باعث می‌شود کاربران برای بهره‌مندی از فناوری‌های جدید الزاماً نیازی به خرید یک دستگاه کاملاً جدید نداشته باشند.
این ویژگی از منظر اقتصادی نیز اهمیت دارد؛ زیرا هزینه نگهداری و به‌روزرسانی تجهیزات را کاهش می‌دهد و مدت‌زمان استفاده مفید از آن‌ها را افزایش می‌دهد. در مقابل، برخی تجهیزات وارداتی به دلیل ساختار بسته و محدودیت در دسترسی به اجزای داخلی، امکان ارتقای آسانی ندارند.
محصولات این شرکت در حال حاضر در مجموعه‌ای از دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی کشور مورد استفاده قرار گرفته‌اند. دانشگاه تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشگاه تربیت مدرس، دانشگاه صنعتی شریف، دانشگاه شهید چمران اهواز و پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران از جمله مراکزی هستند که از تجهیزات تولیدشده این مجموعه استفاده می‌کنند.
تجربه ژیکان نشان می‌دهد که توسعه تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته می‌تواند فراتر از ساخت یک ابزار اندازه‌گیری باشد. در این مسیر، شناخت یک نیاز تخصصی در محیط دانشگاهی، تبدیل آن به یک راهکار مهندسی، توسعه قابلیت‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری و در نهایت ورود به بازار، حلقه‌هایی هستند که دانش دانشگاهی را به محصول قابل استفاده در صنعت و پژوهش تبدیل می‌کنند. تلفیق دانش مهندسی سطح با فناوری نانو و ابزارهای نوینی مانند هوش مصنوعی نیز می‌تواند زمینه تولید نسل جدیدی از تجهیزات آزمایشگاهی دقیق‌تر و قابل ارتقا را در کشور فراهم کند.