زمانی پوست مصنوعی هم مانند بسیاری از فناوری‌ها به داستان‌های علمی-تخیلی تعلق داشت. پوست مصنوعی به علت انعطاف بالا و گاها قابلیت ترمیم‌پذیری نقش مهمی در کنترل، شخصی‌سازی تجهیزات پزشکی و پروتزها و در علم رباتیک دارد. در این نوشتار از مجله فناوریهای توان افزا وپوشیدنی قصد داریم تعریف پوست مصنوعی را مشخص کنیم، انواع پوست‌های مصنوعی ساخته شده در جهان را بررسی کنیم و به چشم انداز این فناوری نظری بیفکنیم. با ما همراه باشید.
پوست مصنوعی یا همان e-skin در واقع یک سامانه الکترونیک است که ویژگی‌های خاصی از پوست انسان را تا حد ممکن شبیه‌سازی می‌کند. مثلا دفرمه شدن و یا ویژگی‌های حسی پوست. این سامانه در دسته پوشیدنی‌های الکترونیک قرار می‌گیرد. یعنی دستگاهی است که در مجاورت پوست قرار می‌گیرد تا داده‌های حیاتی بدن را ثبت کند.
تفاوت پوست مصنوعی با پوشیدنی های روی مچ
برخلاف پوشیدنی‌های معمول مانند ساعت‌های هوشمند، حلقه‌های هوشمند یا عینک هوشمند، پوست مصنوعی یک سامانه نازک، سبک و بادوام است. افزون براین مواد به کار رفته در آن تا حد ممکن به حساسیت و دوام پوست واقعی انسان نزدیک هستند. این سامانه اطلاعات بیولوژیکی بدن را در لحظه ثبت می‌کند. همانند پروتزها، پوست مصنوعی نیز یک سطح از حسگرهای خاص دارد که به ربات قابلیت لامسه می‌بخشد. برتری این سامانه در کنترل دقیق نیرویی است که هنگام مشت کردن دست دور اشیا لازم است. این سامانه‌ها می‌توانند برهم‌کنش انسان-ماشین را ساده کنند. به عنوان مثلا دستکش‌های نازکی که حرکات انگشت را در یک دست رباتیک کنترل می‌کنند تا ربات بتوانند مفاهیم را با حرکت دست خود منتقل کند.
بر اساس گزارشی از Grand View Research بازار پوست الکترونیک در سال ۲۰۱۹ ارزشی برابر با ۴.۵ میلیارد دلار داشته است. رشد سالانه آن تا سال ۲۰۲۷ نیز ۲۰.۵ درصد تخمین زده شده است.
سامانه های ردیابی
ویژگی بادوام بودن e-skin ابزاری قدرتمند برای ردیابی علایم حیاتی سالمندان، افراد دارای بیماریهای مضمن مانند دیابت یا بیماریهای قلبی فراهم می‌کند. همچنین برای تشخیص سریع علائم بیماری پیش از وقوع نیز کمک مهمی است. این حسگرهای نازک، سامانه‌هایی هستند که روی یک زیر لایه قرار می‌گیرند. این زیرلایه غالبا از جنس سیلیکون یا موادی با پایه سیلیکون است که با اتصالات عرضی به زنجیره‌های پلیمری وصل می‌شود. این مواد برای ردیابی ضربان قلب، سنجش قند خون، اندازه‌گیری فشار بافت، حرکت بدن، دماسنجی، سنجش نرخ سوخت و ساز، تعادل الکترولیتی و حتی سیگنال‌های ماهیچه‌ها و مغز مناسب هستند.
پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست(MIT) یک پوست الکترونیکی ضد آب ساخته‌اند که به شکل یک برچسب حاوی حسگرهای مختلف است و بدون خرابی یا جداشدن از پوست به خوبی سلامت فرد را ردگیری می‌کند.
پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور نیز یک e-skin با نام TRACE ساخته‌اند که مخفف Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin است. این پوست مصنوعی جریان خون را داخل شریان‌های سطحی بدن اندازه‌گیری می‌کند.
پروتزها و حس لامسه
افرادی که عضوی از بدن را از دست می‌دهند حضور یک عضوفانتوم را تجربه می‌کند. آنان حس می‌کنند که عضو از دست رفته هنوز در جای خود حاضر است. برای غلبه بر این احساس ناخوشایند پژوهشگران John Hopkins یک پوست مصنوعی با نام e-dermis ساختند که به فرد امکان می‌دهد از نوک انگشتان پروتز خود برای حس کردن اشیا کمک گیرد. این وسیله اطلاعات را تحریک اعصاب موضعی دست منتقل می‌کند. در واقع e-dermis اعصاب دست را تحریک می‌کند.
یکی دیگر از پوست‌های مصنوعی ساخته شده تا کنون، از میلیون‌ها نانوسیم پیچیده شده در یک پلیمر ضدآب ساخته شده است. پژوهشگران دانشگاه تگزاس در Arlington این پوست انعطاف‌پذیر را به شکل یک لایه نازک سبک ساخته اند که انرژی خود را خود تامین می‌کند. این وسیله برای ساخت پوست مصنوعی یک ربات یا پروتز بسیار ایده‌آل است.
در دانشگاه ملی سنگاپور نیز دانشمندان پوست مصنوعی دیگری با نام Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) ساخته اند که در واقع یک سامانه از اعصاب مصنوعی است. ACES ربات‌ها و دستگاه‌های پروتز را قادر می‌سازد حس لامسه انسان را بسیار دقیق تقلید کنند. در واقع ACES هزار بار سریع‌تر از سامانه لامسه انسان فشار را تشخیص می‌دهد. این وسیله می‌تواند برقراری تماس فیزیکی را در کمتر از ۶۰ نانوثانیه تشخیص دهد.
پوست مصنوعی به شکل حسگر کشسان: فناوری دانشگاه Cornell
این حسگر اطالعات را با پردازش نور داخل یک فیبر نوری بدست می‌آورد. این حسگر نوعی استوانه منعطف با مواد جاذب رنگ است. یک چراغ LED نور را وارد این استوانه می‌کند. پس از آن میزان نورهای قرمز-سبز-آبی در پرتو خروجی سنجیده می‌شود و براساس این سنجش تغییر شکل استوانه محاسبه می‌شود. این حسگرها برای به حرکت درآوردن دست مصنوعی و دست رباتیک مفید است. همچنین در حین توانبخشی این حسگر می‌تواند نیرویی که بیمار برای حرکت دادن اعضای بدنش وارد می‌کند را اندازه گیری کند.
سایر کاربردهای پوست الکترونیکی و مصنوعی
پوست مصنوعی می‌تواند منبعی برای نگهداری مواد فعال نیز باشد. این مواد را می‌توان در زمان نیاز به داخل خون تزریق کرد. به عنوان مثال بانداژ زخم می‌تواند مواد لازم برای درمان زخم را تنها در ناحیه زخم آزاد کند.
دانشمندان Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) و پژوهشگران دانشگاه Johannes Kepler در Linz نیز یک پوست مصنوعی و در واقع یک حسگر لایه ناک ساخته‌اند که دو عمل تحریک بدون لمس و لامسه را در یک جا گنجانیده است. به این شکل کاربر اشیا مجازی و حقیقی را کنترل خواهد کرد. بنابراین این پوست مصنوعی یک وسیله مناسب برای برهم‌کنش با بسترهای واقعیت مجازی و واقعیت افزوده است.
آینده پوست الکترونیکی مصنوعی
چشم‌انداز پوست الکترونیک با سرعت بسیار زیادی در حال تغییر است. افزایش بیماریهای مضمن و بدون واگیر مانند سرطان، دیابت و بیماریهای قلبی نیاز به ردیابی سلامت را بیشتر کرده است. با توجه به اینکه اینترت دسترسی به درمان‌های دیجیتال را در منزل ممکن کرده است، پوست مصنوعی برای ردیابی وضعیت بیماران توسط درمانگران از راه دور مفید است. درمانگران با این داده‌ها می‌توانند به بیماران در مدیریت وضعیت خود کمک کنند. ارائه راهکار در مواقع نیاز به خصوص برای پرستاری از سالمندان و در مواردی که بیمار خودش باید مراقب سلامت خود باشد بسیار مهم است.
حسگرهای کوانتومی برای نسل آینده رابط های مغز و رایانه
رابط مغز و رایانه (BCI) چیست؟
چگونه فناوری به گسترش انرژی پاک کمک می کند؟
منبع: tectales
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
