الجلد الإلكتروني له مستقبل قوي يمتد إلى الأمام

يمكن استخدام مادة تحاكي جلد الإنسان من حيث القوة والمرونة والحساسية لجمع البيانات البيولوجية في الوقت الحقيقي. قد يلعب الجلد الإلكتروني، أو الجلد الإلكتروني، دورًا مهمًا في الجيل التالي من الأطراف الاصطناعية، والطب الشخصي، والروبوتات الناعمة، والذكاء الاصطناعي.

ويقول يتشن كاي، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية: “إن الجلد الإلكتروني المثالي سيحاكي 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 يعد أمرًا صعبًا، ويجب تصميم كل مادة معنية بعناية.

يتم تصنيع معظم الجلود الإلكترونية عن طريق وضع طبقات من مادة نانوية نشطة (المستشعر) على سطح قابل للتمدد يتصل بجلد الإنسان. ومع ذلك، فإن الاتصال بين هذه الطبقات غالبًا ما يكون ضعيفًا جدًا، مما يقلل من متانة المادة وحساسيتها؛ وبدلاً من ذلك، إذا كانت قوية للغاية، تصبح المرونة محدودة، مما يجعلها أكثر عرضة للتصدع وكسر الدائرة.

يقول كاي: “إن مشهد الإلكترونيات الجلدية يستمر في التحول بوتيرة مذهلة”. “لقد أدى ظهور أجهزة الاستشعار ثنائية الأبعاد إلى تسريع الجهود المبذولة لدمج هذه المواد الرفيعة ذريًا والقوية ميكانيكيًا في جلود صناعية متينة وعملية.”

قام فريق بقيادة كاي وزميله جي شين الآن بإنشاء جلد إلكتروني متين باستخدام هيدروجيل معزز بجزيئات السيليكا النانوية كركيزة قوية وقابلة للتمدد وكربيد التيتانيوم ثنائي الأبعاد MXene كطبقة استشعار، مرتبطة ببعضها البعض بأسلاك نانوية عالية التوصيل.

يوضح شين: “تتكون الهلاميات المائية من أكثر من 70 بالمائة من الماء، مما يجعلها متوافقة جدًا مع أنسجة الجلد البشرية”. من خلال تمديد الهيدروجيل في جميع الاتجاهات، وتطبيق طبقة من الأسلاك النانوية، ثم التحكم بعناية في إطلاقها، أنشأ الباحثون مسارات موصلة لطبقة المستشعر التي ظلت سليمة حتى عندما تم تمديد المادة إلى 28 ضعف حجمها الأصلي.

يمكن للجلد الإلكتروني النموذجي الخاص بهم أن يستشعر الأشياء من مسافة 20 سم، ويستجيب للمنبهات في أقل من عُشر ثانية، وعند استخدامه كجهاز استشعار للضغط، يمكنه تمييز الكتابة اليدوية المكتوبة عليه. واستمر في العمل بشكل جيد بعد 5000 تشوه، وكان يتعافى في حوالي ربع ثانية في كل مرة. يقول شين: “إنه إنجاز مذهل للجلد الإلكتروني أن يحافظ على صلابته بعد الاستخدام المتكرر، وهو ما يحاكي مرونة الجلد البشري وتعافيه السريع”.

يمكن لهذه الجلود الإلكترونية أن تراقب مجموعة من المعلومات البيولوجية، مثل التغيرات في ضغط الدم، والتي يمكن اكتشافها من الاهتزازات في الشرايين إلى حركات الأطراف والمفاصل الكبيرة. ويمكن بعد ذلك مشاركة هذه البيانات وتخزينها على السحابة عبر شبكة Wi-Fi.

ويضيف قائد المجموعة فنسنت تونغ: “إن إحدى العقبات المتبقية أمام الاستخدام الواسع النطاق للجلود الإلكترونية تكمن في توسيع نطاق أجهزة الاستشعار عالية الدقة”. “ومع ذلك، فإن التصنيع الإضافي بمساعدة الليزر يقدم وعدًا جديدًا.”

ويضيف كاي: “إننا نتصور مستقبلًا لهذه التكنولوجيا يتجاوز علم الأحياء”. “يمكن لشريط الاستشعار القابل للتمدد أن يراقب يومًا ما الحالة الهيكلية للأشياء غير الحية، مثل الأثاث والطائرات.”