گفتگو با محققانی که در حال کار با دستگاه‌های الکترونیکی هستند

لباس‌های الکترونیکی

دستگاه‌های الکترونیکی پوششی ممکن است برای نظارت بر سلامت بیماران در خانه قابل استفاده باشد. جان راجرز در دانشگاه ایلینویز به ایجاد این دستگاه الاستیک که به پوست می‌چسبد کمک می‌کند.

دانشگاه ایلینویز
این کار در مجموعه‌ای از فعالیت‌های علمی، فن آوری، مهندسی و ریاضیات انجام می‌شود که با پشتیبانی سخاوتمندانه بنیاد Alcoa امکان پذیر شده است.
آیا می‌توان سلامت خود را به آسانی با پوشیدن یک برچسب الکترونیکی امکان پذیر کرد؟ جان راجرز دانشمند علوم این چنین فکر می‌کند.
در آزمایشگاه دانشگاه ایلینویز در شامپاین اوربانا، راجرز و تیم او دستگاه‌های الکترونیکی طراحی کردند که بر خلاف هر چیز دیگری است. اختراعات آنها به سختی مانند یک قطعه الکترونیکی به نظر می‌رسد. اکثر قطعات الکترونیکی چیزهایی هستند که فشرده و شکننده هستند و باید به دقت مراقب آنها باشید. مثلا در یک تبلت یا تلفن همراه، یک حادثه کوچک مانند ریختن آب، به سرعت می‌تواند باعث خراب شدن آن شود و فاجعه به بار آورد.
اما اختراعات آزمایشگاهی راجرز بیشتر شبیه به برچسب‌های با تکنولوژی بالا هستند. این چسب‌ها، دارای سیم‌های مینیاتوری هستند و برای هفته‌ها می‌توانند روی پوست قرار گیرند. آنها می‌توانند مانند لباس باشند. در حال حاضر دانشمندان دستگاه‌هایی را برای اندازه گیری‌های متنوعی برنامه ریزی کرده‌اند که شامل دما، فشار خون و سطوح رطوبت پوست (یا هیدراتاسیون) می‌شود. راجرز می‌گوید که می‌خواهد سنسورهایش بیشتر شبیه به قطعات موجود در موجودات زنده باشد و کمتر مانند رایانه‌های سنتی به نظر بیاید.

او می‌گوید: "ما فن آوری را با فکر کردن خارج از جعبه پیش می‌بریم".
محققان صنایع الکترونیک از کمک حوزه‌های مختلفی استفاده می‌کنند. راجرز دانشمند مواد است و او به دنبال روش‌های هوشمندانه‌تری برای استفاده، درک و حتی ایجاد مواد مورد استفاده برای ساختن چیزهای مختلف است.
راجرز می‌گوید توسعه این دستگاه‌ها جذاب است، زیرا این پتانسیل را دارند که سلامت را بهبود بخشند و به جای اینکه به هر درمانگاه یا کلینیک یا بیمارستانی مراجعه کنید، ممکن است بیمار بتواند داده‌هایی را از یک دستگاه گیرنده بارگیری کند و آن را به بیمارستان ارسال کند. این تکنولوژی امکان سنجی بیشتر و نیاز کمتری به مراجعه به پزشک را ارائه می‌دهد.
راجرز و دو محقق دیگر که در زمینه الکترونیک کار می‌کنند، این دستگاه‌های الکترونیکی که مانند پوست هستند را توصیف می‌کنند و همچنین آینده‌ای که دارند را توصیف می‌کنند.

چگونگی جمع آوری انرژی از بدن

در اواخر قرن نوزدهم، دانشمند فرانسوی پیر کوری و برادرش ژاک نشان دادند که برخی از کریستال‌ها وقتی که تحت فشار هستند، جرقه ایجاد می‌کنند. جرقه به معنی برق است بنابراین بلورهای پیزوالکتریک انرژی مکانیکی را که از انرژی حرکتی به دست می‌آید را به برق تبدیل می‌کنند. دانشمندان در سال‌های اخیر به عنوان یک منبع پتانسیل الکتریکی پوشیدنی به مواد پیزوالکتریک نگاه کرده‌اند.
مواد پیزوالکتریک می‌تواند انرژی را از حرکات بدن انسان بگیرد. حتی در حالت استراحت، زیرا بدن دائما در حال حرکت است. وقتی که تنفس می‌کنید، ریه‌ها انبساط پیدا می‌کنند. ضربان قلب، جریان خون از طریق رگ‌ها و شریان‌های شما جریان دارد. همه این‌ها نمونه‌هایی از انرژی مکانیکی یا انرژی مرتبط با حرکت هستند. مواد پیزوالکتریک می‌توانند انرژی را از حرکات بدن انسان بگیرند. حتی در حالت استراحت، زیرا بدن دائما در حال حرکت است.
داگدیرین به عنوان یک دانشجوی تحصیلات تکمیلی با جان راجرز در ایلینویز همکاری می‌کند. او دستگاه‌هایی را طراحی کرده که می‌توان در داخل بدن از آنها استفاده کرد. اختراعات او حرکت ریه‌ها، قلب و دیافراگم را به برق تبدیل می‌کند. این تکنولوژی ممکن است یک روز به دستگاه‌هایی مانند ضربان ساز قلب، کمک کند که قلب یک ریتم پایدار ضربان داشته باشد. در حال حاضر، دستگاه‌های ضربان ساز قلب نیاز به باتری‌هایی دارند که باید هر پنج تا 10 سال جایگزین شوند. در صورتی که سیستم داگدیرین به باتری نیاز ندارد.
او می‌گوید: "شما می‌توانید انرژی تولید کنید و از این قدرت برای دستگاه‌های الکترونیکی شخصی خود استفاده کنید."

داگدیرین پس از اینکه پدربزرگش در اثر نارسایی قلبی فوت کرد، تصمیم به ساخت این دستگاه گرفت. او تنها 28 سال داشت. او می‌گوید: "من وعده داده‌ام کاری برای این مشکل انجام دهم." اغلب دانشمندان معمولا از طبیعت الهام گرفته‌اند. با این حال، تحقیقات من از بیماری اعضای خانواده‌ام الهام گرفته است.
قطعات الکترونیکی پوششی انعطاف پذیر هستند و می‌توانند به طور مداوم بدن را کنترل کنند. معمولا، ما آنها را مانند دما یا فشار خون اندازه گیری می‌کنیم. اما اگر هر شخص یک سنسور داشته باشد، پزشک می‌تواند این داده‌ها را به طور مرتب مطالعه کند و الگوهای آن را تجزیه و تحلیل کند.
داگدیرین می‌گوید: "اندام‌ها و بدنمان با ما صحبت می‌کنند." "من از دستگاه‌هایم استفاده می‌کنم تا آنها را درک کنیم."

مدهو بهسکاران در RMIT ملبورن استرالیا کار می‌کند. پروژه‌های او نیز در زمینه پیشرفت نسل بعدی قطعات الکترونیکی انعطاف پذیر است. آنها مواد مختلفی از جمله مواد اکسید شده را مطالعه کرده‌اند که نام آنها را از این واقعیت گرفته شده است که اکسیژن بخشی از آنها را تشکیل می‌دهد. او می‌گوید: "تمام دستگاه‌های الکترونیکی به مواد اکسید متکی هستند." دی اکسید سیلیکون یک مثال در این زمینه است. در طبیعت، این ماده به وفور یافت می‌شود. دانشمندان می‌توانند کریستال‌های بزرگ سیلیکون دی اکسید را ایجاد کنند، که کوارتز نام دارد. تکه‌های نازک کوارتز اغلب در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک استفاده می‌شوند. به تازگی، یک تیم تحقیقاتی در آزمایشگاه بهسکاران، به رهبری فیلیپ گوتروف، راهی را برای انتقال این برش‌های کریستال به مواد انعطاف پذیر پیدا کرده است. این فرآیند منجر به ساخت دستگاه‌های پوستی انعطاف پذیر با استفاده از اکسید روی می‌شود که می‌تواند جان انسان‌های زیادی را نجات دهد.
این دستگاه پوشیدنی سیگنال‌های شیمیایی گازهای سمی را جمع آوری می‌کند و همچنین تابش اشعه ماوراء بنفش (UV)، انرژی نامرئی را که به پوست آسیب می‌رساند و می‌تواند باعث بروز سرطان پوست شود را اندازه گیری می‌کند. این دستگاه می‌تواند به مردم کمک کند که از قرار گرفتن در معرض سطوح خطرناک اشعه ماوراء بنفش پیشگیری کنند.
در حال حاضر سنسورهای پوستی قادر به اندازه گیری کمیت‌های متنوع و زیادی هستند. آنها می‌توانند درجه حرارت، سختی پوست، هیدراتاسیون و سایر ویژگی‌ها را اندازه گیری کنند.

برگرفته از سایت ساینس نیوز فور استیودنس