الجلد الالكتروني Electronic Skin

يحتوي جلد الإنسان على خلايا عصبية تشعر بالضغط والحرارة وغيرها من الأحاسيس التي تسمح بالتفاعلات اللمسية مع البيئة، ولمساعدة الروبوتات والأجهزة التعويضية الحسية على تحقيق هذه القدرات؛ يحاول العلماء تطوير جلود إلكترونية يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات، مثل: الأطراف الاصطناعية، وأجهزة المراقبة الصحية، والروبوتات، والواقع الافتراضي، لكن أحد التحديات الرئيسة هو نقل الدوائر الإلكترونية فائقة الرقة إلى أسطح معقدة ثلاثية الأبعاد، وجعلها قابلة للانحناء والتمدد. [1]

الليونة والقابلية للانحناء والتمدد:

سيحقق الجلد الالكتروني قفزة نوعية إذ تم تحقيق خاصية قابلية الانحناء والتمدد تمامًا كالجلد البشري، وهذا سيبعد كل الإزعاج وعدم الراحة المرتبط بالبدائل الحسية الحالية، وسيمثل خطوة مهمة نحو استخدامها في التكنولوجيا القابلة للارتداء، لكن حتى يتوافق الجلد الالكتروني مع الأسطح المنحنية يجب أن تكون الدارات الالكترونية قابلة للانحناء، لكن تقنية الالكترونيات الدقيقة الحالية مستوية. الاقتراح الأول لحل هذه المشكلة هو استخدام لوحات دوائر الكترونية مطبوعة ذات مسارات مرنة؛ إذ تُلحام المكونات الالكترونية، والحساسات الموجودة حاليًا بالوصلات القابلة للانحناء، وهذا الحل يشبه جُزر من الدارات الالكترونية المتباعدة القاسية، ولكنها مرتبطة ميكانيكيًا عن طريق وصلات معدنية مرنة.[2]

استخدمت هذه التقنية بنجاح لتغطية مساحات واسعة من سطح الروبوت iCub  المُصنع من قبل المعهد الايطالي للتكنولوجيا.[3]                   

أما الاقتراح الآخر لحل المشكلة: هو الجلد الالكتروني الذي يستخدم ترانزستورات؛ وهو يعتمد على أنصاف النواقل العضوية -التي طوِّرت في جامعتي طوكيو و ستانفورد- أنصاف النواقل العضوية هذه قابلة للانحناء؛ بسبب بنيتها الجزيئية الخاصة والتي تسهم إلى حد ما في حل مشكلة الليونة.[2] ستتيح هذه التقنية المجال لتطوير جلد الكتروني قادر على قياس مستويات الاوكسيجين في الدم، و ومعدل ضربات القلب، ويمكن استخدامه في التطبيقات الرياضية، أو الكثير من التطبيقات الأخرى.[7]

سرعة نقل البيانات:

لاستخدام الجلد الإلكتروني بفعالية في الروبوتات أو في أي تطبيق آخر، نحتاج إلى جمع البيانات من الحساسات، ونقلها في أقل من مللي ثانية، حتى يتمكن الروبوت من معالجتها، واتخاذ القرار بسرعة كافية، هذا يعني أنَّ المواد عالية الناقلية الكهربائية، مثل: السيليكون أحادي البلورة، هي الخيار الأفضل، ولكن هذا يعيدنا إلى مشكلة المرونة؛ لأن السيليكون يتشقق عند الانحناء، للتغلب على هذه المشكلة صُنع الجلد الالكتروني المطبوع -الذي تم تطويره في جامعة غلاسكو- باستخدام طريقة transfer-printing الطباعة القابلة للانتقال، حيث تُشكل الأسلاك السيليكونية النانوية من صفائح ضخمة، وتُنقل إلى ركائز بلاستيكية مرنة، فيصبح لدينا جلد مكون من بوليمر مطاطي يسمى بولي أميد يحتوي على أسلاك صغيرة من السليكون،  تُشكل طبقة رقيقة من الترانزستورات والحساسات. 

[2]

مقاومة المياه والإصلاح الذاتي:

استوحى العلماء من جامعة سنغافورة الوطنية الجلد الإلكتروني الآتي

من قناديل البحر حيث يتسم هذا الابتكار بالشفافية و القابلية للتمدد والحساسية للمس مع خاصية الإصلاح الذاتي، وذلك في حالة الجفاف والبلل، ويعد ذلك من أحدث الابتكارات في مجال الجلود الإلكترونية (نُشر الاختراع لأول مرة في مجلة Nature Electronics في 15 شباط / فبراير 2019 [5] [6])؛ المشكلة مع المواد ذاتية الإصلاح الحالية أنها غير شفافة ولا تعمل بشكل جيد تحت الماء، لكن كيف تمكن الباحثون من محاكاة قنديل البحر بطبيعته المقاومة للماء والحساسة للمس؟ لقد نجحوا في هذا المسعى بإنتاج هلام يتكون من: بوليمر أساسه الفلوروكربون، مع سائل أيوني غني بالفلور. عند دمج المادتين تتفاعل شبكة البوليمر مع السائل الأيوني عبر تفاعلات ديبولية إيونية قابلة للانعكاس، مما يسمح لها بالشفاء الذاتي، كما يحتفظ بشكله في كل البيئات الرطبة والجافة ويعمل بشكل جيد في مياه البحر، و في البيئات الحمضية أو القلوية. يتشكل الجلد الالكتروني من طباعة المادة الهلامية على شكل دارات الكترونية، بما أن المادة هذه طرية، وقابلة للتمدد فإن خواصها الإلكترونية تتغير عند لمسها أو الضغط عليها،  و بقياس هذا التغيير وتحويله لإشارات كهربائية قابلة للقراءة نتمكن من تكوين الحاسة اللمسية للجلد الالكتروني.[4]

من المزايا الأخرى لهذه التقنية تقليل الهدر، حيث ينتج كل عام ملايين الأطنان من النفايات الإلكترونية من الهواتف المحمولة والأجهزة المعطلة، ومن تطوير الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من مواد ذكية يمكن الاستفادة من المواد ذات الإصلاح الذاتي بتخفيض كمية النفايات الالكترونية.[4]

سيشكل الجلد الإلكتروني المرن الذي يشبه بشرة الإنسان قفزة نوعية في مجال الأطراف الصناعية، باستخدام ما يسمى الربط بكهربية العضلmyoelectric linking إذ يمكن للطرف الصناعي الموصول إلى جسم الانسان المصاب التقاط النبضات الكهربائية  من ألياف العضلات المتبقية على الذراع أو الساق، ونقل هذه النبضات لتحريك الأصابع . [2]

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا

4- هنا

5- هنا

6- هنا

7- هنا