پوست سیلیکونی الکترونیکی

پوست بزرگترین اندام ما است، که متشکل از حسگرهای پیچیده ای که به طور مداوم هر چیزی را که ممکن است باعث درد ما شود کنترل می کنند. فناوری جدید ما، آن را تکرار می کند - به صورت الکترونیکی.
 
پوست مصنوعی الکترونیکی که ما ایجاد کرده ایم، دقیقاً مانند پوست واقعی به محرک های درد واکنش نشان می دهد و راه را برای پروتزهای بهتر، روباتیک هوشمندتر و گزینه های غیر تهاجمی برای پیوند پوست هموار می کند.
 
دستگاه نمونه اولیه ما پاسخ فوری بازخورد بدن را تقلید می کند و می تواند در مقابل احساسات دردناک با همان سرعت روشنایی که سیگنال های عصبی به مغز می رسند واکنش نشان دهد.
 
فناوری جدید ما که جزئیات آن در ژورنال سیستم های هوشمند پیشرفته Advanced Intelligent) (Systems منتشر شده است، از لاستیک سیلیکون با الکترونیک یکپارچه ساخته شده است. این لاستیک، پوست انسان را، هم از نظر بافت و هم از نظر واکنش به فشار، دما و درد، تقلید می کند.
 
پوست انسان دائماً چیزها را حس می کند، اما پاسخ درد ما فقط در آستانه خاصی شروع می شود. هنگامی که این آستانه شکسته شد، سیگنالهای الکتریکی از طریق سیستم عصبی به مغز ارسال می شود تا پاسخ درد را آغاز کند.
 
وقتی چیزی را در یک دمای مطبوع بلند می کنید متوجه آن نمی شوید. اما اگر چیزی را که خیلی داغ است لمس کنید، تقریباً بلافاصله دستتان را پس خواهید کشید. این مربوط به کارکرد عملی سیستم احساس درد پوست ما است.
 

دست یاری

پوست الکترونیکی جدید ما که می تواند درد را احساس کند گامی اساسی در جهت توسعه "پروتزهای هوشمند" با سیستم های پیچیده بازخورد محسوب می شود. ما می خواهیم دستگاه ها و اجزایی پزشکی تولید کنیم که پاسخ های مشابهی را برای احساس درد در بدن انسان نشان دهند.
 
تصویر: نمونه پوست سیلیکونی. پوست سیلیکونیِ قابل کشش و هوشمند. دانشگاهRMIT . توسط نویسنده ارائه شده است.
 
پروتزها به طور قابل توجهی کیفیت زندگی افراد قطع عضو شده را بهبود می بخشند، اما هنوز توانایی درک خطر را ندارند. دست مصنوعی وقتی روی سطح داغ قرار می گیرد حسی ندارد، و نیز کسی که بازوی مصنوعی دارد ممکن است به چیزی تیز تکیه دهد اما متوجه آسیب دیدگی ناشی از آن تیزی نخواهد شد.
 
فناوری‌ای که پاسخی واقع بینانه مانند پوست فراهم آورد، می تواند پروتز را بیشتر مشابه به یک اندام طبیعی سازد.
 
با توسعه بیشتر، پوست الکترونیکی ما همچنین می تواند به طور بالقوه، در مواردی که روش سنتی قابل اجرا نیست، برای پیوند پوست مورد استفاده قرار گیرد.
   
تصویر: دستی با پوست سیلیکونی که روی آن قرار گرفته است. پوست سیلیکونی جدید می تواند زمینه را برای پیوندهای پوستی هوشمندتر فراهم کند. دانشگاهRMIT . توسط نویسنده ارائه شده است.
 

پوست در بازی

ما پوست الکترونیکی خود را با استفاده از پیشرفت های قبلی گروه تحقیقاتی خود در زمینه الکترونیک قابل کشش، مواد حساس به دما و الکترونیک تقلید از مغز، ایجاد کردیم.
 
به عنوان مثال، ما از فرایند خود برای کامل کردن اکسید وانادیوم حساس به دما استفاده کردیم، که ماده ای است که می تواند رفتار الکترونیکی خود را در واکنش به دماهای بالاتر از یک دمای آستانه خاص تغییر دهد (در این مورد دمای 65 درجه سانتیگراد).
 
این ماده سپس سیگنال هایی الکتریکی، مشابه با سیگنال های تولید شده توسط انتهای عصبمان به هنگام لمس چیزی گرم، بر می انگیزد. سیگنال الکتریکی از قسمت حسگر سیستم (که به دما یا فشار حساس است) به مدار تقلید مغز می رود که ورودی را پردازش می کند و بر اساس مقادیر آستانه تصمیم می گیرد.
 
خروجی الکتریکی از مدار تقلید مغز، مانند سیگنال هایی عصبی است که یک پاسخ محرک را در پاسخ درد انسان شروع می کند (مانند دور کردن دست).
 
ما در آزمایشمان، جریان تولید شده را اندازه گیری کردیم. برای استفاده واقعی از پوست سیلیکونی، باید پوست به انتهای عصب یا دستگاهی متصل شود که می تواند پاسخ حرکتی را آغاز کند. (دادن حس لامسه به یک روبات آسان نیست.)
 
مواد ما به همان سرعتِ پاسخ واقعی درد انسان، پاسخ می دهند، و کل فرایند را از محرک تا پاسخ از مغز، یا در مورد ما، مدار تقلید مغز، تقلید می کنند. بسته به هم شدت و هم به زمان تحریک، پاسخ قوی تر است - درست مثل یک واکنش واقعی درد انسان.
 
پوست الکترونیکی، پاسخ های درد که مبتنی بر آستانه باشند را به گونه ای واقعی محقق می کند، هم از نظر طریقه واکنش متفاوت پوست نسبت به دردی بالاتر از یک آستانه خاص و هم این که چقدر برای پوست بیشتر طول می کشد که از چیزی که دردناک تر است "بهبود" یابد.. این به این دلیل است که محرک های قوی تر ولتاژ بیشتری را در مدار تقلید مغز ایجاد می کنند.
 
ما همچنین می توانیم این آستانه را در دستگاه هایمان تعدیل کنیم تا از طریقه ای که پوست آسیب دیده (مانند پوست آفتاب سوخته) می تواند آستانه درد کمتری نسبت به پوست طبیعی داشته باشد تقلید کنیم. از پوست الکترونیکی همچنین می توان برای افزایش حساسیت استفاده کرد، که می تواند به ویژه در ورزش و دفاع و همچنین برای پیوند پوست مفید باشد.
 
یکی دیگر از کاربردهای منحصر به فرد می تواند دستکش های هوشمند باشد که می تواند باز خورد دقیقی از دستان یک جراح، هنگام لمس بافت، فراهم آورد. (اندامهای پروتز بر نگرش ما نسبت به ناتوانی تأثیر می گذارد - طراحی رسا ممکن است اوضاع را به سمت بهتر شدن تغییر دهد.)
 
پوست سیلیکونی ما برای ادغام این فناوری در کاربردهای پزشکی، به توسعه بیشتری نیاز دارد. اما اصول اساسی - سازگاری زیستی و قابلیت کششی مانند پوست - در حال حاضر وجود دارد.
 
گام های بعدی شامل کار با محققان پزشکی است برای ساختن این ماده به گونه ای حتی بیشتر "شبیه پوست" و کشف بهترین روش ادغام آن با بدن انسان.
 
منبع: مادهو بهاسکاران، دانشگاه RMIT