يمكن استخدام مادة تحاكي جلد الإنسان من حيث القوة والمدى والحساسية لجمع البيانات البيولوجية في الوقت الفعلي. قد تلعب البشرة الإلكترونية ، أو الجلد الإلكتروني ، دورًا مهمًا في الجيل التالي من الأطراف الصناعية ، والطب الشخصي ، والروبوتات اللينة ، والذكاء الاصطناعي.
يقول Yichen Cai ، ما بعد الدكتوراة في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية: “ستحاكي البشرة الإلكترونية المثالية العديد من الوظائف الطبيعية لجلد الإنسان ، مثل استشعار درجة الحرارة واللمس ، بدقة وفي الوقت الفعلي”. ومع ذلك ، فإن صنع إلكترونيات مرنة بشكل مناسب يمكنها أداء مثل هذه المهام الدقيقة مع تحمل الصدمات والخدوش في الحياة اليومية يمثل تحديًا ، ويجب تصميم كل مادة معنية بعناية.
تصنع معظم الجلود الإلكترونية من خلال وضع طبقة من مادة نانوية نشطة (المستشعر) على سطح مرن يتصل بجلد الإنسان. ومع ذلك ، فإن الاتصال بين هذه الطبقات غالبًا ما يكون ضعيفًا للغاية ، مما يقلل من متانة وحساسية المادة ؛ بدلاً من ذلك ، إذا كانت قوية جدًا ، تصبح المرونة محدودة ، مما يزيد من احتمالية تكسير الدائرة وانكسارها.
يقول كاي: “يستمر مشهد إلكترونيات الجلد في التغير بوتيرة مذهلة”. “أدى ظهور المستشعرات ثنائية الأبعاد إلى تسريع الجهود المبذولة لدمج هذه المواد النحيفة ذريًا والقوية ميكانيكيًا في جلود اصطناعية وظيفية ومتينة.”
قام فريق بقيادة Cai وزميله Jie Shen بإنشاء جلد إلكتروني متين باستخدام هيدروجيل مقوى بجزيئات السيليكا النانوية كركيزة قوية ومطاطة وكربيد تيتانيوم ثنائي الأبعاد MXene كطبقة استشعار ، مرتبطة مع أسلاك نانوية عالية التوصيل.
“الهلاميات المائية هي أكثر من 70 في المائة من الماء ، مما يجعلها متوافقة للغاية مع أنسجة الجلد البشرية ،” يوضح شين. من خلال التمدد المسبق للهيدروجيل في جميع الاتجاهات ، وتطبيق طبقة من الأسلاك النانوية ، ثم التحكم بعناية في إطلاقها ، أنشأ الباحثون مسارات موصلة لطبقة المستشعر ظلت سليمة حتى عندما تم شد المادة إلى 28 ضعف حجمها الأصلي.
يمكن أن يستشعر النموذج الأولي للجلد الإلكتروني الأشياء من مسافة 20 سم ، ويستجيب للمنبهات في أقل من عُشر من الثانية ، وعند استخدامه كمستشعر ضغط ، يمكنه التمييز بين الكتابة اليدوية المكتوبة عليه. استمر في العمل بشكل جيد بعد 5000 تشوه ، وتعافى في حوالي ربع ثانية في كل مرة. “إنه إنجاز مذهل بالنسبة للبشرة الإلكترونية أن تحافظ على المتانة بعد الاستخدام المتكرر ،” كما يقول شين ، “مما يحاكي مرونة الجلد البشري والانتعاش السريع”.
يمكن لمثل هذه الجلود أن تراقب مجموعة من المعلومات البيولوجية ، مثل التغيرات في ضغط الدم ، والتي يمكن اكتشافها من الاهتزازات في الشرايين إلى حركات الأطراف الكبيرة والمفاصل. يمكن بعد ذلك مشاركة هذه البيانات وتخزينها على السحابة عبر Wi-Fi.
ويضيف قائد المجموعة فينسينت تونج: “إحدى العقبات المتبقية أمام الاستخدام الواسع للجلود الإلكترونية تكمن في زيادة أجهزة الاستشعار عالية الدقة”. “ومع ذلك ، فإن التصنيع الإضافي بمساعدة الليزر يقدم وعدًا جديدًا.”
ويضيف كاي: “نتصور مستقبلًا لهذه التكنولوجيا يتجاوز علم الأحياء”. “يمكن لشريط الاستشعار القابل للمط أن يراقب يومًا ما الصحة الهيكلية للأجسام غير الحية ، مثل الأثاث والطائرات.”
ما هو أفضل تلفزيون تحت روبية. 25000؟ لقد ناقشنا هذا الأمر على Orbital ، البودكاست التكنولوجي الأسبوعي الخاص بنا ، والذي يمكنك الاشتراك فيه عبر Apple Podcasts أو Google Podcasts أو RSS أو تنزيل الحلقة أو الضغط على زر التشغيل أدناه.
