نجح الباحثون في تطوير جلد إلكتروني (e-skin) ينبغي أن يلعب دورًا مهمًا في الجيل القادم من التطبيقات المستقبلية مثل الطب الشخصي والأطراف الصناعية والذكاء الاصطناعي والروبوتات الناعمة.
[ترجمة د. موشيه نحماني]
مادة تحاكي جلد الإنسان؟ الشد والقوة والحساسية هي خصائص يمكن استغلالها لجمع البيانات البيولوجية في الوقت الحقيقي. يوضح الباحث الرئيسي يانشن كاي، طالب ما بعد الدكتوراه في جامعة الملك عبد الله في المملكة العربية السعودية (KAUST): "يجب أن يحاكي الجلد الإلكتروني المثالي العديد من الوظائف الطبيعية للبشرة البشرية، على سبيل المثال، استشعار درجة الحرارة واللمس، بدقة وفي الوقت الحقيقي". ومع ذلك، فإن تطوير مكونات إلكترونية مرنة قادرة على أداء مثل هذه المهام الدقيقة، مع الصمود في وجه الصعوبات والتحديات التي تواجهها في الحياة اليومية، يعد مجالًا صعبًا، وبالإضافة إلى ذلك - يجب أن تكون كل المواد المعنية مناسبة على أعلى مستوى.
يتم الحصول على معظم أنواع الجلود الإلكترونية نتيجة نشر طبقة من مادة نانوية نشطة (المستشعر) على سطح مطاطي متصل بجلد الإنسان. ومع ذلك، فإن الاتصال بين هذه الطبقات عادة ما يكون ضعيفًا، مما يقلل من متانة المادة وحساسيتها؛ وبدلاً من ذلك، إذا كان الاتصال قويًا جدًا، تصبح المرونة محدودة، وهي حقيقة يمكن أن تسبب تقطيع الدائرة وكسرها. يقول الباحث الرئيسي: "إن مجال المكونات الإلكترونية التي تحاكي نشاط الجلد يستمر في التطور بوتيرة مذهلة". "إن تطوير أجهزة الاستشعار ثنائية الأبعاد أدى إلى تسريع الجهود المبذولة لتحويل هذه المواد القوية ميكانيكيًا بسمك ذرة واحدة إلى جلد صناعي وظيفي ومستقر."
"تحتوي الهلاميات المائية على أكثر من 70% من الماء، مما يجعلها أكثر ملاءمة لأنسجة جلد الإنسان"
نجح فريق البحث الآن في تطوير جلد إلكتروني مستقر باستخدام هيدروجيل معزز بجزيئات السيليكا النانوية كركيزة قوية ومرنة، بالاشتراك مع كربيد التيتانيوم ثنائي الأبعاد (MXene، مركبات غير عضوية ثنائية الأبعاد، ويكيبيديا) كطبقة الاستشعار، المرتبطة ببعضها البعض عن طريق أسلاك نانوية ذات موصلية كهربائية عالية. ويوضح الباحث أن "الهلاميات المائية تحتوي على أكثر من سبعين بالمائة من الماء، وهو ما يجعلها الأكثر ملاءمة لأنسجة جلد الإنسان". ومن خلال مد الهيدروجيل في كل الاتجاهات، باستخدام طبقة من الأسلاك النانوية، ثم التحكم بعناية في إطلاقها، أنشأ الباحثون مسارات موصلة لطبقة الاستشعار التي ظلت سليمة حتى بعد تمديدها 28 مرة ضعف حجمها الأصلي.
النموذج الإلكتروني لجلدهم قادر على استشعار الأشياء على بعد عشرين سنتيمترا، والاستجابة للتحفيز في أقل من عُشر ثانية، وعند استخدامه كجهاز استشعار للضغط، يمكنه استشعار الكتابة اليدوية المكتوبة عليه. واستمر الجلد في أداء وظيفته بشكل صحيح حتى بعد 5000 مرة من التشوه، ويعود إلى النشاط بعد حوالي ربع ثانية في كل مرة. وقال الباحث: "إنه إنجاز غير مسبوق أن يتمكن الجلد الإلكتروني من الحفاظ على ثباته حتى بعد إعادة استخدامه مرارا وتكرارا، وهو اكتشاف يشير إلى تقليد دقيق لمرونة الجلد البشري واستعادة سريع له".
سيكون مثل هذا الجلد الإلكتروني قادرًا على مراقبة مجموعة من المعلومات البيولوجية، على سبيل المثال - التغيرات في ضغط الدم، والتي يمكن أن تنتج عن التقلبات في الشرايين، وصولاً إلى حركات الأطراف والمفاصل الكبيرة. يمكن مشاركة هذه البيانات وتخزينها في السحابة من خلال الشبكات اللاسلكية.
وقال أحد الباحثين: "إن إحدى العقبات التي لا تزال قائمة على صعيد التوزيع السريع والفعال للجلد الإلكتروني هي زيادة أبعاد أجهزة الاستشعار عالية الدقة إلى أبعاد واقعية، وفي الوقت نفسه الطباعة ثلاثية الأبعاد بمساعدة الليزر يوفر إمكانيات جديدة في هذا المجال." وقال الباحث الرئيسي: "نتوقع أن تزدهر هذه التكنولوجيا خارج مجال علم الأحياء وحده". ويضيف الباحث: "ستكون أسطح الاستشعار القابلة للتمدد قادرة يومًا ما على مراقبة السلامة الهيكلية للأشياء غير الحية، مثل الأثاث والطائرات".
