ساخت نوعی پوست الکترونیکی

راجرز دانشمند علم مواد از دانشگاه لیونز در اوربانا چمپین قصد داشته با ادغام علم الکترونیک و بدن انسان، دستگاه‌های جدیدی بسازد که حتی در داستانهای علمی تخیلی نیز نمونه‌ای از آنها یافت نمی‌شود.

راجرز و همکارانش دستگاهی الکترونیکی ساخته‌اند که کوچکتر از یک تمبر پستی بوده و مانند یک خالکوبی موقت به پوست می‌چسبد. کاربران احتمالی این وسیله بیماران، ورزشکاران، پزشکان، مأموران مخفی و حتی شما را می‌تواند شامل ‌شود.
این وسیله با قرار گرفتن بر روی پیشانی می‌تواند امواج مغزی و بر روی مچ دست، جریان خون و حرکات عضلانی را ضبط کند.این وسیله با قرار گرفتن بر روی پیشانی می‌تواند امواج مغزی و بر روی مچ دست، جریان خون و حرکات عضلانی را ضبط کند. با قرار دادن این وسیله بر روی پوست بیماران می‌توان علائم حیاتی آنها را ردیابی کرده و مشکلات آنها را تحت نظر بگیریم. این قطعه الکترونیکی همچنین می‌تواند جایگزین تجهیزات بزرگ بیمارستانها شود. و با قرار گرفتن بر روی گلو می‌تواند همانند یک تلفن همراه مخفی عمل کند به گونه‌ای که با حرکت و جنبش حنجره فرد، دستگاه فعال می‌شود.

دانشمندان این وسیله را به اندازه حدود نصف ضخامت یک کاغذ معمولی و شبیه به پوست طراحی کرده‌اند. این ماده الکترونیکی را مانند پوست می‌توان در بسیاری جهات کشید و به آن فشار وارد آورد، اما همچنان قادر است به کار خود ادامه ‌دهد.

قطعه‌ای الکترونیکی با قابلیت چسبندگی به پوست بدن انسان که می‌تواند خواص پوست را تقلید کند، بدین معنا که قادر است در مقابل ضربه، کشیدگی و فشردگی مقاومت نماید.

دانشمندانی که این دستگاه‌ها را برای بدن طراحی کردند مجبور بودند نحوه عملکرد آنها را با توجه به کوچک شدگی‌شان مورد مطالعه قرار دهند. زبان ارتباطی این وسیله و بدن بایستی مشابه باشد. به گفته راجرز: «ما قصد داشتیم دستگاه‌هایی طراحی کنیم که با بدن ارتباط برقرار کنند».

این اختراع می‌تواند درجه حرارت بدن، حرکت عضلانی، یا فعالیت الکتریکی روی پوست فرد را ثبت کند. این وسیله می‌تواند به منبع نور و منبع نیرو مجهز باشد، به این معنا که قادر است بدون سیم اطلاعات را به یک کامپیوتر مجاور انتقال دهد. این وسیله حتی می‌تواند نحوه تفکرات ما در خصوص ابزارهای پزشکی و نحوه کمک پزشکان به بیماران خود را تغییر دهد.

راجرز و همکارانش در حال آزمایش دستگاه‌های جدید خود در آزمایشگاه بوده و با اندازه‌گیری‌های مختلف و از نواحی مختلف بدن این کار را انجام می‌دهند.

سیستم‌های الکترونیکی مبتنی بر پوست که با چسبیدن بر روی پیشانی می‌توانند سیگنالهای الکترونیکی مغز را دریافت کنند.

تود کولمن که دارای مدرک مهندسی است آزمایشهای سختی را پشت سرگذاشته و به دنبال یافتن راهی است که بوسیله آن بتواند میان این وسیله، بدن و ذهن ارتباط برقرار کند. او عنوان می‌کند: «یکی از این قطعات الکترونیکی را نزدیک ساعد خود قرار داده و مشت خود را گره کردم به این منظور که بتوانم نحوه نشان دادن حرکات و سیگنالهای عضلانی خود توسط این دستگاه را مشاهده کنم.» وی می‌افزاید: « اگر آن را بر روی سطح سر قرار دهید امواج مغزی را ضبط می‌کند. چنانچه نزدیک به قلب باشد، اطلاعات ضربان قلب را برمی‌دارد. دستگاه یکی است اما می‌توان از آن در نواحی مختلف استفاده کرد».

به گفته کولمن این وسیله بسیار سبک بوده بطوریکه کاربر ممکن است وجود آن را فراموش کند. او اکنون در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو مشغول به کار است. او می‌گوید: «ما سعی داشتیم یک قطعه الکترونیکی طراحی کنیم که اساساً برای کاربر کاملاً نامرئی باشد. شما به سختی احساس می‌کنید که این وسیله بر روی بدنتان قرار دارد».

دانشمندان موفق به یافتن روشی جهت گسترش این تکنولوژی در عمق پایین‌تر از سطح بدن شده‌اند. در سال 2010 آنها پوشش پلاستیکی الکتریکی را معرفی کردند که می‌توان آن را در طول جراحی قلب باز به قلب فرد متصل نمود. وسایل و مدارهای الکترونیکی جریان خون و جریان الکتریکی را ضبط می‌کنند بدان معنا که این ادوات الکترونیکی می‌توانند پزشکان را از مشکلات پنهان بیمار مطلع سازند. این تیم پیش از این دستگاهی را معرفی کردند که با اتصال به سطح مغز می‌تواند سیگنالهای الکتریکی حمله صرع را دریافت کند.

به گفته راجرز: «هدف اصلی تیم ما به ویژه در چند سال اخیر، ساخت دستگاه‌هایی بوده است که بتوانند در جهت منافع واقعی جامعه حرکت کنند». «هدف ما این است دستگاه‌هایی بسازیم که راه‌هایی نو جهت حل مشکلات مرتبط با سلامت و سایر چالشهای بزرگ در جامعه را ارائه دهد».

مأموران مخفی و غواصان نیز «اسکین رونیکس یا دستگاه‌های الکترونیکی پوستی» را مورد توجه قرار می‌دهند. چرا که این قطعات الکترونیکی به عنوان مثال بر روی گردن قرار گرفته و می‌توانند حرکات گلو حین صحبت را دریافت کنند. این بدان معناست که فرد می‌تواند بدون ایجاد هیچگونه صدایی، واژه‌هایی را به زبان آورد و دستگاه حرکات را ضبط کرده و پیغام بی صدایی را ارسال کند. این دستگاه می‌تواند برای عملیات‌های مخفی بسیار عالی باشد.

بیش از 80 سال است که دانشمندان از گجت‌های الکتریکی بر روی پوست استفاده می‌کنند. در سال 1929 پزشکی آلمانی با نام هانس برگر دستگاهی را اختراع کرد که به پوست سر متصل شده و فعالیت الکتریکی مغز را اندازه‌گیری می‌کرد. اختراع او تحت عنوان نوار مغزی یا الکتروانسفالوگرافی (EEG) پزشکان را قادر می‌سازد فعالیت مغز را «بخوانند» و به عبارتی ثبت کنند. یک EEG می‌تواند به پزشکان در تشخیص بیماریهایی مانند صرع کمک کرده یا به هنگام فرو رفتن فرد به کما آنها را مطلع سازد.

اما دستگاه EEG دو نقطه ضعف عمده دارد: اول آنکه سنگین و دست و پاگیر است. تکنسین‌ها شبکه‌ی پیچیده‌ای از سیم را به منظور دریافت مناسب اطلاعات به سر فرد متصل می‌کنند. و همچنین این دستگاه نیاز به تأمین انرژی الکتریکی از طریق سیم دارد که خود بر آشفتگی و شلوغی آن می‌افزاید. این مشکل تنها مختص به دستگاه EEG نیست، بله مشکلی است که تقریباً تمام وسایل الکترونیکی با آن روبرو هستند.

یک دستگاه سبک‌تر و با قابلیت انعطاف، نسبت به EEG بهتر است چرا که می‌تواند اطلاعات مشابهی را با دردسر کمتری ارائه نماید. آغاز تحقق این ایده به اوایل دهه 1960 برمی‌گردد، یعنی زمانی که دانشمندان از سراسر جهان برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی قابل انعطاف با یکدیگر به رقابت پرداختند.
سیلیکون در طبیعت به شکل کریستالی با رنگ خاکستری تیره دیده می‌شود.
اما هدف راجر این بود که وسیله‌ای الکترونیکی بسازد که مانند یک ورق کاغذ تا خورده و در عین حال مانند یک نوار کشی، کشیده شود. در این راه او با مشکلات چندی مواجه شد. کامپیوترها به عنصری تحت عنوان سیلیکون متکی بودند. سیلیکون در طبیعت به شکل کریستالی با رنگ خاکستری تیره دیده می‌شود. قطعات نازک این ماده هادی الکتریسته می‌باشند و چندین دهه سیلیکون جهت ساخت تراشه‌ها و سایر قطعات کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گرفته است. اما قطعات نازک سیلیکونی به راحتی می‌شکنند.

ماده سیلیکون به تنهایی نمی‌توانست نیازهای راجر و همکارانش را برآورده سازد. درنتیجه به این فکر افتادند که شاید بتوانند با مرتب کردن سیم‌های سیلیکونی به اشکال مناسب، به ماده‌ای با انعطاف پذیری بیشتر دست یابند.

دانشمندان نیاز داشتند که سیلیکون مانند یک آکاردئون کشیده شود، بدین ترتیب که سیم‌های آن بتوانند کشیده شده و اجازه داده رشته‌های سیلیکونی بدون آنکه پاره شوند، حرکت نمایند.

پس از سه سال آزمایش و خطا، محققان موفق به ساخت دستگاهی کارآمد شدند. آنها به منظور بهبود زندگی، میان ماشین و موجود زنده ارتباط برقرار ساختند. در آینده راجر قصد دارد فناوری خود را گسترش داده و دستگاه‌ها کوچکی بسازد که حتی بتوانند به طور مستقل درون بدن را جراحی کرده و به عنوان مثال سلامت قلب انسان را بهبود بخشند.

مترجم: رزیتا ملکی‌زاده

برگرفته از سایت sciencenewsforstudents