ابداع نوعی پوست الکترونیکی کشش‌پذیر با قابلیت‌های پوست انسان

به نقل از لايف‌بوت، ماده‌اي که از نظر قدرت، کشش‌پذيري و حساسيت به پوست انسان شباهت دارد، مي‌تواند به جمع‌آوري داده‌هاي بيولوژيکي در زمان واقعي کمک کند. پوست الکترونيکي مي‌تواند نقش مهمي را در ارائه نسل بعدي پروتزها، داروهاي شخصي‌سازي شده، ربات‌هاي نرم و هوش مصنوعي بر عهده داشته باشد.

"ييچن کاي"(Yichen Cai)، پژوهشگر "دانشگاه علم و فناوري ملک‌ عبدالله"(KAUST) گفت: يک پوست الکترونيکي ايده‌آل مي‌تواند بسياري از عملکردهاي پوست انسان مانند حس کردن دما و لامسه را با دقت و در زمان واقعي تقليد کند. در هر حال، ساخت تجهيزات الکترونيکي مناسب و انعطاف‌پذير که از عهده چنين وظايف پيچيده‌اي برآيند، چالش‌برانگيز است و و هر ماده‌اي که مورد استفاده قرار مي‌گيرد، بايد به دقت مهندسي شود.

بيشتر پوست‌هاي الکترونيکي، با گذاشتن لايه‌اي از نانومواد فعال روي يک سطح کشش‌پذير ساخته مي‌شوند که به پوست انسان مي‌چسبد اما اتصال اين لايه‌ها به يکديگر اغلب بيش از حد ضعيف است و به کاهش دوام و حساسيت مواد منجر مي‌شود. از سوي ديگر، اگر اين اتصال بيش از حد قوي باشد، انعطاف‌پذيري آن محدود مي‌شود و به شکستگي آن مي‌انجامد.

کاي ادامه داد: چشم‌انداز تجهيزات الکترونيکي پوست، با سرعت در حال تغيير است. ظهور حسگرهاي دوبعدي، سرعت تلاش را براي تبديل اين مواد قوي و نازک به پوست‌هاي مصنوعي بادوام افزايش مي‌دهد.

کاي و گروهش، يک هيدروژل که با نانوذرات سيليکا تقويت شده مورد استفاده قرار دادند و همچنين ترکيبات موسوم به "MXenes" را به عنوان لايه حساس به کار گرفتند و آنها را با کمک نانوسيم‌هاي رسانا به هم متصل کردند.

"جي شن"(Jie Shen)، از پژوهشگران اين پروژه گفت: ۷۰ درصد از هيدروژل‌ها را آب تشکيل مي‌دهد و موجب مي‌شود که با بافت‌هاي پوست انسان، سازگاري زيادي داشته باشند.

پژوهشگران با کشيدن هيدروژل در همه جهات، به کار گرفتن لايه‌اي از نانوسيم‌ها و سپس کنترل دقيق رهاسازي آن، مسيرهايي را براي لايه‌ حسگر ايجاد کردند تا حتي هنگامي که مواد تا ۲۸ برابر اندازه اصلي خود کشيده مي‌شوند، سالم باقي بماند.

نخستين نمونه پوست الکترونيکي توانست اجسام را از فاصله ۲۰ سانتي‌متري احساس کند و به محرک‌ها در کمتر از يک دهم ثانيه پاسخ دهد. هنگامي که اين پوست الکترونيکي به عنوان يک حسگر فشار مورد استفاده قرار گرفت، توانست دستخط نوشته شده روي آن را نيز تشخيص دهد. اين پوست الکترونيکي پس از پنج هزار بار تغيير شکل توانست به خوبي کار کند و هر بار پس از ربع ثانيه بهبود يابد. شن افزود: اين يک موفقيت چشمگير براي پوست الکترونيکي به شمار مي‌رود تا بتواند از کشش و بهبود سريع پوست انسان تقليد کند.

پوست الکترونيکي مي‌تواند طيف وسيعي از اطلاعات بيولوژيکي مانند تغييرات فشار خون را که از ارتعاشات رگ‌ها، حرکات اندام و مفاصل بزرگ قابل تشخيص است، مورد بررسي قراردهد. اين داده‌ها را مي‌توان از طريق Wi-Fi در فضاي ابري به اشتراک گذاشت و ذخيره کرد.

"وينسنت تونگ"(Vincent Tung)، از پژوهشگران اين پروژه گفت: يکي از موانعي که بر سر راه استفاده گسترده از پوست‌هاي الکترونيکي قرار دارد، افزايش مقياس حسگرهايي است که وضوح بالايي دارند اما ساخت مواد افزودني با کمک ليزر، اميد جديدي در اين زمينه به شمار مي‌رود.

وي افزود: ما آينده‌اي فراتر از زيست‌شناسي را براي اين فناوري در نظر داريم.

اين پژوهش، در مجله "Science Advances" به چاپ رسيد.