أخبارمنوعات

الجلد الذكي يشبه إلى حد بعيد جلد الانسان الطبيعي

الجلد الذكي يشبه إلى حد بعيد جلد الانسان الطبيعي

الجلد الذكي “البشرة الذكية” المطورة حديثًا يشبه إلى حد بعيد جلد الإنسان وبشرته. حيث يستشعر الضغط والرطوبة ودرجة الحرارة في نفس الوقت وينتج إشارات إلكترونية. وبالتالي يمكن تصور الروبوتات الأكثر حساسية أو الأطراف الاصطناعية الأكثر ذكاءً. الجلد هو أكبر عضو حسي وفي نفس الوقت الغلاف الواقي للإنسان. إنه “يشعر” بالعديد من المدخلات الحسية في نفس الوقت ويقدم معلومات حول الرطوبة ودرجة الحرارة والضغط إلى الدماغ.

بالنسبة إلى آنا ماريا كوكلايت ، فإن المادة التي تتمتع بهذه الخصائص متعددة الحواس هي “نوع من” الكأس المقدسة “في تكنولوجيا المواد الاصطناعية الذكية. على وجه الخصوص ، ستستفيد الروبوتات والأطراف الصناعية الذكية من نظام استشعار أكثر تكاملاً ودقة مشابه لجلد الإنسان .

نجح الفائز بمنحة ERC والباحث في معهد فيزياء الحالة الصلبة بجامعة جراتس في تطوير مادة هجينة ثلاثية في “الجلد الذكي” للجيل القادم من الجلد الاصطناعي والإلكتروني باستخدام عملية جديدة. تم نشر نتيجة هذا البحث الرائد الآن في مجلة أدفانست ماتيريال تيكنولوجيز.

حساسة مثل طرف الإصبع

لما يقرب من ست سنوات ، عمل الفريق على تطوير البشرة الذكية كجزء من مشروع ERC الخاص بشركة كوكلايت سمارت كور. مع وجود 2000 جهاز استشعار فردي لكل مليمتر مربع ، تكون المادة الهجينة أكثر حساسية من طرف إصبع الإنسان. يتكون كل من هذه المستشعرات من مزيج فريد من المواد: بوليمر ذكي على شكل هيدروجيل بداخله وقذيفة من أكسيد الزنك الكهروضغطي.

توضح شركة كوكلايت: “يمكن للهيدروجيل أن يمتص الماء وبالتالي يتمدد عند التغيرات في الرطوبة ودرجة الحرارة. وبذلك ، فإنه يمارس ضغطًا على أكسيد الزنك الكهروضغطي ، والذي يستجيب لهذا وجميع الضغوط الميكانيكية الأخرى بإشارة كهربائية.” والنتيجة هي مادة رقيقة تتفاعل بشكل متزامن مع القوة والرطوبة ودرجة الحرارة بدقة مكانية عالية للغاية وتنبعث منها إشارات إلكترونية مقابلة.

حساسة مثل طرف الإصبع
حساسة مثل طرف الإصبع

آنا ماريا كوكلايت تقول: “عينات الجلد الاصطناعي الأولى يبلغ سمكها ستة ميكرومترات ، أو 0.006 ملم. لكنها قد تكون أرق”. وبالمقارنة ، يبلغ سمك البشرة البشرية 0.03 إلى 2 ملم. يدرك جلد الإنسان الأشياء من حجم حوالي مليمتر مربع واحد. تتميز البشرة الذكية بدقة أصغر ألف مرة ويمكنها تسجيل أشياء صغيرة جدًا على جلد الإنسان (مثل الكائنات الحية الدقيقة).

معالجة المواد بالمقياس النانوي

طبقات المستشعر الفردية رقيقة جدًا ومجهزة في نفس الوقت بعناصر مستشعر تغطي السطح بالكامل. كان هذا ممكنًا في عملية فريدة في جميع أنحاء العالم جمع فيها الباحثون ثلاث طرق معروفة من الكيمياء الفيزيائية لأول مرة: ترسيب البخار الكيميائي لمادة الهيدروجيل ، وترسيب الطبقة الذرية لأكسيد الزنك والطباعة الحجرية النانوية لقالب البوليمر. كان إعداد الطباعة الحجرية لقالب البوليمر مسؤولية مجموعة البحث “الإلكترونيات الهجينة والهيكلة” برئاسة باربرا ستادلوبير. المجموعة جزء من معهد المواد التابع لأبحاث جونيام ومقره في فايتس في النمسا.

يتم الآن فتح العديد من مجالات التطبيق للمواد الهجينة التي تشبه الجلد. في مجال الرعاية الصحية ، على سبيل المثال ، يمكن لمواد الاستشعار اكتشاف الكائنات الدقيقة بشكل مستقل والإبلاغ عنها وفقًا لذلك. يمكن أيضًا تصور الأطراف الاصطناعية التي تعطي لمرتديها معلومات حول درجة الحرارة أو الرطوبة ، أو الروبوتات التي يمكنها إدراك بيئتهم بشكل أكثر حساسية.

في طريق التطبيق ، تتمتع البشرة الذكية بميزة حاسمة: يتم إنتاج العصي النانوية الحسية – “النواة الذكية” للمادة – باستخدام عملية تصنيع تعتمد على البخار. هذه العملية راسخة بالفعل في مصانع إنتاج الدوائر المتكاملة ، على سبيل المثال. وبالتالي يمكن توسيع نطاق إنتاج البشرة الذكية وتنفيذه بسهولة في خطوط الإنتاج الحالية.

كما يتم الآن تحسين خصائص البشرة الذكية بشكل أكبر. ترغب آنا ماريا كوكلايت وفريقها – هنا على وجه الخصوص طالب الدكتوراه طاهر أبو علي – في توسيع نطاق درجة الحرارة التي تتفاعل معها المادة وتحسين مرونة الجلد الصناعي.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى