إن اكتشاف نوع جديد من "الجلد الإلكتروني" المرن والشفاء ذاتيًا والقابل لإعادة التدوير بالكامل له تطبيقات واسعة في مراقبة الصحة والروبوتات والأطراف الصناعية والأجهزة الطبية الحيوية المحسنة.
في دراسة نشرت في علم السلف يعرض الجلد الإلكتروني الجديد (أو ببساطة الجلد الإلكتروني) الذي يحتوي على العديد من الخصائص بما في ذلك المرونة والشفاء الذاتي وقابلية إعادة التدوير الكاملة عند مقارنتها بالإنسان بشرة1الجلد ، أكبر عضو لدينا ، هو الغطاء اللحمي عند رؤيته من الخارج. جلدنا هو عضو متعدد الاستخدامات للغاية يعمل كدرع عازل للماء ويحمي أجسامنا من مجموعة متنوعة من المخاطر أو العوامل الخارجية مثل الشمس الضارة. تتمثل بعض وظائف الجلد في تنظيم درجة حرارة الجسم ، وحماية الجسم من تناول المواد السامة وكذلك إفراز المواد السامة (جنبًا إلى جنب مع العرق) ، والدعم الميكانيكي والمناعة وإنتاج المواد الحيوية. فيتامين (د) وهو أمر مهم جدًا لعظامنا. الجلد أيضًا عبارة عن مستشعر ضخم به أعصاب وافرة للتواصل الفوري مع الدماغ.
يعمل الباحثون في جميع أنحاء العالم على تطوير أنواع وأحجام مختلفة من الأجهزة القابلة للارتداء جلود إلكترونيةبهدف محاولة التقليد بيولوجي الجلد ووظائفه المختلفة. هناك حاجة قوية لأجهزة مرنة وقابلة للتمدد لتحقيق التكامل السلس مع بشرة الإنسان الناعمة والمنحنية. مقياس النانو (10-9م) يمكن أن توفر المواد المرونة الميكانيكية والكهربائية المطلوبة لتحل محل السيليكون الصلب الذي كان يستخدم عادة من قبل. نجح الفريق بقيادة الدكتور جيان ليانغ شياو في جامعة كولورادو ، بولدر ، الولايات المتحدة الأمريكية في تطوير جلد إلكتروني صناعي (الجلد الإلكتروني) بهدف ترجمة اللمسة الحسية لجلد الإنسان إلى الروبوتات والأطراف الصناعية. هذه المحاولة في اتجاه الحصول على تكنولوجيا "يمكن ارتداؤها" في المستقبل والتي سيكون لها إمكانات وقيمة هائلة في المجالات الطبية والعلمية والهندسية.
الجلد الإلكتروني: شفاء ذاتي وقابل لإعادة التدوير
E-skin is a thin, translucent material having a رواية type of covalently bonded dynamic polymer network, called polyimine, which is laced with silver nanoparticles for improved mechanical strength, chemical stability and electrical conductivity. This e-skin also has sensors embedded in it to measure pressure, temperature, humidity and air flow. This e-skin is being considered remarkable because it has been incorporated with many features which make it an extremely closer mimic of the human skin. It is highly malleable and can be easily set onto curved surfaces (e.g. human arms and legs, robotic hands) by applying moderate heat and pressure to it without introducing excessive stresses. It has amazing self-healing properties wherein upon any cut or damage caused by an external circumstance, the e-skin recreates the chemical bonds between the two separated sides restoring the matrix for its proper functionality and returning to its original bonded state.
إذا أصبح هذا الجلد الإلكتروني غير قابل للاستخدام بسبب أي ظرف من الظروف ، فيمكن إعادة تدويره بالكامل وتحويله إلى غلاف إلكتروني جديد تمامًا عن طريق وضعه في محلول إعادة التدوير الذي يعمل على "تسييل" مادة الجلد الإلكتروني الحالية وتحويلها إلى " الجلد الإلكتروني الجديد. محلول إعادة التدوير هذا - مزيج من ثلاثة مركبات كيميائية متوفرة تجاريًا في الإيثانول - يحلل البوليمرات وجسيمات الفضة النانوية في قاع المحلول. يمكن استخدام هذه البوليمرات المتدهورة من جديد لصنع جلد إلكتروني وظيفي جديد. يُعزى هذا الشفاء الذاتي وإعادة التدوير الذي يمكن تحقيقه في درجة حرارة الغرفة إلى الترابط الكيميائي للبوليمر المستخدم. تتمثل ميزة الشبكة البوليمرية من البولي إيمين في أنها قابلة للانعكاس ويمكن كسرها وإعادة تدويرها على عكس معظم مواد الترموستات التقليدية التي لا يمكن إعادة تشكيلها أو إعادة معالجتها أو إعادة تدويرها بسبب الروابط غير القابلة للعكس داخل شبكات البوليمر المتشابكة. هذا أقوى من جلد الإنسان نفسه ويمكن استخدامه كتعزيز له بدلاً من استبداله. من الجيد أيضًا أن تلمس وتشعر وكأنها جلد حقيقي مما قد يجعلها وكيل تغطية في المستقبل ، على سبيل المثال الأجهزة الإلكترونية.
Eco-friendly and low on cost properties of e-skin have been hailed and such e-skin could greatly reduce electronic waste and environmental impact and could be highly usable and popular with manufacturers across different fields. Though it may sound farfetched at the moment, this reuse technology could also be similarly applied to old electronics items as well. In fact, modern day fitness trackers and health monitors once damaged add to the growing mountain of e-waste compounding environment related problems. The e-skin could be worn around our necks or on our wrists and these could be like flexible wearables or temporary tattoos and whenever they get damaged they can be recycled and reused. Since e-skin is flexible, it can be bent and twisted and can be made customized according to the wearer. The technology opens up avenues for intelligent الروبوتات in which such a pleasant to feel and confortable electronic skin can be wrapped around the body of a robot or an artificial limb. To elaborate, a prosthetic arm or leg which is wrapped in this electronic skin can allow the wearer to respond to temperature and pressure changes because of the multiple sensors incorporated in it. The robotics arms or legs fitted with such an e-skin can make the robots act more delicately towards humans and be more safe and reliable. For example, e-skin could be specifically fitted to a robot handling a baby or a fragile elderly and thus robot will not be applying too much force. Another application of e-skin can be potentially in hazardous environments or high-risk jobs. It is plausible that this technology could be used with virtual buttons, controls or doors that would enable any operation without human physical interaction, for example in explosives industry or other dangerous lines of work, and thus this e-skin maybe able to decrease the chances of any human injury.
إضافة عرض إلى الجلد الإلكتروني
قام فريق من الباحثين في جامعة طوكيو مؤخرًا بإضافة عرض2(micro-LED) to ultrathin, band aid-style e-skin patches to enable display of different signs of health monitoring in real time (e.g. measuring glucose levels in people with diabetes or the moving waveform of an electrocardiogram of a heart المريض). These patches have a stretchable wiring and thus can bend or stretch to up to 45 precent based upon the movement of the wearer. These are considered as having the most flexible and durable design in recent times. The continuous shedding of human skin cells could mean that the patch might fall off after a few days but this can be worked around.
تنص هذه الدراسة ، التي قادها البروفيسور تاكاو سوميا ، على أنه يمكن استخدام هذا العرض في النهاية لتمكين قراءة المعلومات الطبية وتوصيلها بطريقة سلسة وسهلة ليس فقط للمرضى ولكن أيضًا لأفراد الأسرة ومقدمي الرعاية والمهنيين الصحيين سواء شخصيًا أو حتى عن بعد. ستتلقى الرسائل أيضًا. يهدف الباحثون إلى زيادة تحسين موثوقية التصحيح ، وجعله أكثر فعالية من حيث التكلفة ، وكذلك زيادة إنتاجه للوصول إلى نطاق أوسع حول العالم. هدفهم هو إطلاق هذا الجهاز في السوق بحلول نهاية عام 2020.
التحديات المقبلة
يعد تطوير الجلد الإلكتروني بحثًا جديدًا مثيرًا للغاية ، ومع ذلك ، فإن إحدى الخصائص الأساسية - المرونة والقدرة على التمدد - لم يتم تحقيقها بنجاح بواسطة الجلد الإلكتروني. الجلد الإلكتروني ناعم ولكنه ليس مطاطًا مثل جلد الإنسان. وفقًا للمؤلفين ، فإن المواد كما هي ليست قابلة للتكرار بسهولة. لوحظ انخفاض طفيف في أداء الاستشعار العام في جهاز الجلد الإلكتروني المعاد تدويره / المعاد تدويره مقارنةً بوحدة جديدة ، وهذا يحتاج إلى معالجة كاملة مع مزيد من البحث. الحقول المغناطيسية المستخدمة في الجلود الإلكترونية عالية أيضًا وتحتاج إلى تصغيرها. يتم حاليًا تشغيل الجهاز من مصدر خارجي وهو أمر غير عملي للغاية ، ولكن من الممكن أن يكون لديك بطاريات صغيرة قابلة لإعادة الشحن لتشغيل الجهاز بدلاً من ذلك. يريد الدكتور Xiao وفريقه تحسين هذا المنتج وتحسين حل القياس بحيث يمكن على الأقل تجاوز العقبات الاقتصادية ويجب أن يكون هذا الجلد الإلكتروني أسهل في التصنيع ووضعه على الروبوتات أو الأطراف الصناعية أو الأجهزة الطبية أو أي شيء آخر.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
1. Zou Z et al. 2018. جلد إلكتروني قابل لإعادة المعالجة ، وقابل لإعادة التدوير بالكامل ، وقابل للطرق يتم تمكينه بواسطة مركب نانوي حراري تساهمي ديناميكي. علم السلف. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. مراقبة مستمرة للصحة باستخدام مستشعرات فائقة المرونة على الجلد. ندوة الاجتماع السنوي AAAS ، أوستن ، تكساس ، 17 فبراير 2018.
