پوست الکترونیکی

ابزارهای ریز و تقریباً غیر قابل رؤیتی که به پوست می‌چسبند با کامپیوتر «حرف می‌زنند» جیمز باند و دشمنانش، و همین‌طور دیگر شخصیت‌های معروف کاراگاهی و دشمنانشان، دوست می‌داشتند که ماجراهایی در آزمایشگاه جان راجرز داشته باشند. این‌ها همه به این خاطر است که جان راجرز که یک دانشمند علم مواد در دانشگاه ایلی نویز در اوربانا کَمپِین است الکترونیک را با بدن انسان مخلوط می‌کند تا ابزارهای جدیدی خلق کند که حتی در داستان‌های علمی یافت نمی‌شود. (علم مواد، مطالعه در چگونگی مربوط شدن ساختمان یک ماده به خواص آن می‌باشد.)
راجرز و همکارانش ابزاری الکترونیکی ساخته‌اند که کوچک‌تر از یک تمبر پستی است و شبیه یک خالکوبی موقتی به پوست می‌چسبد. استفاده کنندگانِ ممکن این ابزار، یعنی مثلاً بیماران، ورزشکاران، پزشکان، عوامل جاسوسی، یا ....، تاجایی که قدرت تصورشان اجازه دهد در استفاده از آن دستشان باز است.
با گذاشتن ابزار بر روی پیشانی، این وسیله می‌تواند به ثبت امواج مغزی بپردازد؛ بر روی مچ، جریان خون و حرکت عضله را می‌تواند ثبت نماید. بر روی پوست بیماران، این ابزار می‌تواند علائم حیاتی بیمار را ردیابی کند و مراقب مشکلات باشد و جای تجهیزات حجیم که معمولاً برای این منظور در بیمارستان‌ها یافت می‌شود را بگیرد. و با چسباندن آن به گلو، از آن می‌توان به عنوان میکروفونِ سلولی مخفی استفاده کرد که با حرکات حنجره‌ی فرد فعال می‌شود.
دانشمندان با نیت مشابه‌سازی با پوست، این ابزار را با ضخامتی درحدود نصف ضخامت یک برگه کاغذ معمولی طراحی کرده‌اند. این مجموعه مواد الکترونیکی، شبیهِ پوست می‌تواند به طرق مختلف کشیده و له شود در حالی که هم‌چنان به کار خود ادامه می‌دهد. دانشمندانی که ابزارهایی برای بدن طراحی می‌کنند لازم است در چگونگی کارکرد آن تا سطح ریزِ سلولی به مطالعه بپردازند. بدن و ماشین لازم است به یک زبان صحبت کنند. راجرز می‌گوید: «ما می‌خواستیم ابزارهایی بسازیم که با بدن دارای فعل و انفعالات متقابل باشند.»
پاییز گذشته، راجرز و همکارانش نشان دادند که چگونه ابزار جدید آنها، پارامترهای مختلف بدن را به طرق گوناگون اندازه‌گیری می‌نماید. این اختراع می‌تواند به ثبت دما، حرکت ماهیچه یا فعالیت الکتریکی روی پوست فرد بپردازد. آن را می‌توان با نورها و یک یک منبع تغذیه‌ی ریز تجهیز کرد، که این به این معناست که این ابزار به صورت بی‌سیم می‌تواند داده‌ها را به یک کامپیوتر نزدیک منتقل کند. این ابزار ممکن است حتی طریقه‌ی فکر ما درباره‌ی ابزارهای پزشکی و چگونگی کمک پزشکان به بیماران در داخل و خارج بدن آنها را تغییر دهد.

خالکوبی‌هایی که می‌توانید آنها را به کار گیرید

راجرز دارای خالکوبی دائمی نیست، اما می‌گوید برای پنهان کردن مدارهای الکترونیکیِ چسبنده به پوست، «بیشتر و بیشتر» درحالِ استفاده از نوع موقت خالکوبی بوده است. (او حتی یک ابزار را پشت یک خالکوبی جعلی آبی مخفی کرده بود.) خالکوبی‌های موقت از روش ساده و ارزانی برای پیوستن یا چسبیدن به پوست استفاده می‌کنند: یک پشتی چسبناک خوب که با حرکت طبیعی پوست کش می‌آید و خم می‌شود. راجرز و همکارانش، در طی انجام آزمایشات با ابزارهای جدیدشان در آزمایشگاه، به اندازه‌گیری‌های مختلف از قسمت‌های مختلف بدن پرداخته‌اند.
تاد کولمن، مهندسی که با مسئله‌ی یافتنِ راهی که ابزار، بدن، و ذهن با هم «حرف بزنند» گلاویز است می‌گوید: «ما تست‌های وسیعی را انجام داده‌ایم. من یک ابزار را روی ساعدم گذاشتم و مشتم را گره کردم تا ببینم که چگونه به دیده‌بانی سیگنال‌ها و حرکات ماهیچه‌ایم می‌پردازد. اگر شما آن را روی سطح سر بگذارید به ثبت امواج مغزی می‌پردازد. نزدیک قلب، این ابزار اطلاعاتِ ضربان قلب را می‌گیرد. این همان ابزار، منتهی در مکان‌های مختلف است.» کولمن که اکنون در دانشگاه سان دیگو کالیفرنیاست می‌گوید این ابزار آن‌قدر سبک است که حاملِ آن ممکن است وجود آن را بر بدنش فراموش کند. او می‌گوید: «تلاش داشتیم قطعه‌ای از مواد الکترونیکی را توسعه دهیم که هم‌چنین اساساً برای استفاده کننده‌اش غیر قابل رؤیت باشد. شما حتی با اشکال می‌توانید حس کنید که ابزار روی بدنتان قرار دارد.»

بیش از عمق پوست

دانشمندان، راهی را برای توسعه‌ی فن‌آوری با عمقی بیش از عمق پوست بدن یافته‌اند. در سال 2010 میلادی آنها پوششی پلاستیکی را معرفی کردند که می‌تواند در خلال جراحی قلب باز به قلب فرد الصاق شود. مدارها و ادوات الکترونیکی به ثبت جریان خون و جریان الکتریکی می‌پردازند که به این معنی است که ماده می‌تواند گوش به زنگ باشد که پزشکان را از مشکلات مخفی مانده‌ی فرد آگاه نماید. این گروه قبلاً نشان داده است که ابزاری وصل شده به سطح مغز، می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی یک حمله‌ی صرع را بگیرد.
راجرز که می‌گوید همواره به سمت علم کشیده می‌شده است، به هنگام کودکی به طور مرتب در نمایشگاه‌های علمی شرکت می‌کرده است. اما با بزرگ شدن، او دریافت که کار دانشمندان می‌تواند تغییرات مثبتی را در جهان به وجود آورد. او بیان می‌کند که: «ساخت ابزارهایی که دارای فوایدی واقعی برای جامعه باشند کانون توجه واقعی گروه ما، به ویژه در سال‌های اخیر بوده است. ما خلقِ ابزارهایی را هدف‌گیری کرده‌ایم که دست‌آوردشان راه‌های نوی باشد برای مواجهه با مشکلات سلامتی و دیگر چالش‌های بزرگ در جامعه.»
جاسوس‌ها و غواصانِ دریاهای عمیق نیز ممکن است به این ابزار جدیدِ «الکترونیک پوستی» توجه نشان دهند. مثلاً با متصل کردن آن به گردن، ابزار می‌تواند حرکت‌های گلویی در هنگام صحبت کردن را آشکار سازد. این به این معناست که فرد می‌تواند کلمات را به صورت لب‌زنی، بدون درآوردن صدا ادا کند در حالی که ابزار به ثبت حرکات می‌پردازد و پیامِ خاموش را رله می‌کند. این امر برای عملیات سری بسیار عالی است. کولمن می‌گوید: «باور نمی‌کنید چه تفریح‌های فراوانی در گفت و شنیدها با دیگران در باره‌ی این گونه قابلیت‌های ابزار داشته‌ایم.»

سیلیکون: مسئله و حل آن

دانشمندان برای بیش از هشتاد سال آلات کوچکی را به پوست ضمیمه می‌کرده‌اند. در سال 1929 میلادی، دکتری آلمانی به نام هانس برگر ابزاری را اختراع کرد که به پوست کاسه‌ی سر وصل می‌شود و فعالیت الکتریکی مغز را اندازه‌گیری می‌کند. اختراع او، به نام الکتروانسفالوگراف یا EEG یا دستگاه ثبت امواج الکتریکی مغز به وسیله‌ی برق، به پزشکان اجازه می‌دهد که فعالیت مغز را «بخوانند». یک EEG می‌تواند به پزشکان کمک کند که بیماری‌هایی مثل صرع را تشخیص دهند یا معلوم کنند که چه موقع یک بیمار به کما وارد می‌شود. (الکتروانسفالوگرافی یا ثبت امواج الکتریکی مغز به وسیله‌ی برق عبارت است از اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی در قسمت‌های مختلف مغز و ثبت چنین فعالیتی به صورت یک ردیابیِ بصری.)
اما EEG دارای یک اشکال اساسی است: سنگین و بدقواره است. کارشناسان فنی، شبکه‌ای پیچیده از برآمدگی‌ها و سیم‌ها را با نوار به سر می‌بندند تا یک قرائت خوب از سر داشته باشند. و EEGها احتیاج به منبع تغذیه برای توان‌دهی به ابزار از طریق سیم‌ها را دارند، و این به شلوغی دستگاه اضافه می‌کند. این فقط مشکل EEGها نیست و مشکل هر ابزار الکتریکی است حتی خرده‌های افسانه‌ای وسایل کوچک مکانیکیِ مورد استفاده‌ی بَتمن یا جیمز باند. شاید یک ابزار خم‌پذیرِ سبک بتواند همان اطلاعاتِ یک EEG را فراهم آوَرَد بدون این که بدبار باشد. این ایده در اوایل دهه‌ی 1990 شروع کرد که شکلی واقعی به خود بگیرد، که هنگامی است که دانشمندان در اطراف و اکناف جهان در رقابت برای خلق الکترونیکِ قابل انعطاف بودند. در خلال این زمان، کامپیوترها همه‌گیر شدند اما بیشتر شبیه جعبه‌های بدباری متصل به آشیانه‌ای از سیم‌ها به نظر می‌رسیدند. محققین در رؤیای صفحات نمایش تاشو و ابزارهای محاسبه‌ای که خم شده و شبیه کاغذ تا می‌خوردند بودند.
راجرز حتی می‌خواست جلوتر رود. او می‌گوید «من فکر کردم یک هدفِ چالشی‌تر می‌توانست ساخت ابزاری الکترونیکی باشد که شبیه ورقه‌ای کاغذی خم یا تا می‌شود اما شبیه یک لاستیک کش می‌آید».
مشکلی پدیدار شد. کامپیوترها وابسته به عنصری به نام سیلیکون هستند. در طبیعت، سیلیکون به صورت یک بلور خاکستری تیره وجود دارد. (سیلیکون یک عنصر نیمه رسانای غیر فلزی است که در ساخت مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیلیکون خالص به شکل براق بلوری خاکستری تیره و به صورت یک پودر بی‌شکل وجود دارد.) باریکه‌های نازک این ماده الکتریسیته را هدایت می‌کنند، و برای ده‌ها سال از سیلیکون برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری و دیگر قسمت‌های الکترونیکی استفاده شده است. سیلیکون، چیزِ مفید مهمی است. اما باریکه‌های سیلیکون تُرد هستند که به این معناست که به راحتی می‌شکنند.
راجرز و همکارانش فکر کردند که شاید بتوان سیلیکون را خم‌پذیر ساخت بدون آن که خرد شود. آنها در این زمینه کار زیادی نمی‌توانستند با خودِ ماده‌ی سیلیکون انجام دهند. اما آنها فکر کردند که آراستن سیم‌های سیلیکونی به گونه‌ای که شکل مطلوب را به دست دهد ممکن است به ماده انعطاف‌پذیری بیش‌تری بدهد. دانشمندان می‌خواستند سیلیکون، شبیه دَمِ آکاردئون، که قسمتی از آکاردئون است که شبیه ورقه‌ی لاستیکی تاخورده‌ای به نظر می‌آید، انبساط پیدا کند. هنگامی که فردی آکاردئون می‌نوازد خَم‌های دَم از هم باز می‌شوند و فاصله‌ی بیشتری از یک‌دیگر می‌گیرند بدون این که خودِ ماده کِش بیاید. راجرز، با طراحی ابزار به گونه‌ای که خَمِ سیم‌ها می‌توانست باز شود و بدون خُرد شدن اجازه‌ی حرکت به رشته‌های سیلیکونی دهد، می‌خواست به نحوی مشابه به مسئله نزدیک شود.
کولمن می‌گوید پس از سه سال ساخت و آزمایش، محققین موفق به تولید یک ابزارِ کاری شدند. در نگاهی نزدیک، سیلیکون شبیه مارهای پیچ خورده‌ی ریزی به نظر می‌رسد که در داخل ماده در الگوهایی پیچیده تاب می‌خورند. این شکل‌های سیلیکونیِ پیچشی، قسمت‌های مختلف ابزار، مثل حس‌گرها، آنتن‌ها، و منابع تغذیه، را شکل می‌دهند و قادر به پایداری در برابر کش‌آمدگی، سُقُلمه و لهیدگی هستند.

اختلاط بدن‌ها و ماشین‌ها

در آینده‌ای نه چندان دور، بیمارانِ جراحی ممکن است خود را در حالی که خالکوبی‌های موقت هوشیاری را پوشیده‌اند بیابند تا این که ابزارهای حجیم پوشیده از سیم به بدن آنها وصل باشد. کار راجرز قسمتی از رشته‌ی رو به رشدِ «فن‌آوریِ یکی شده با حیات» است که ساخت ابزارهایی در تلفیق با بدن را در نظر دارد. آن‌ها ماشین‌ها و اُرگان‌های زنده را با هم تلفیق می‌کنند تا زندگی‌ها را بهبود بخشند. راجرز می‌خواهد در آینده، فن‌آوری را به گونه‌ای توسعه دهد که خلقِ ابزارهای ریزی امکان‌پذیر گردد که احتمالاً حتی مستقلانه قادر به عمل در داخل بدن باشند و مثلاً روندِ سلامتی قلب انسان را بهبود بخشند. او می‌گوید: «بلاواسطه‌ترین فرصت برای فن‌آوریِ یکی شده با حیات عبارت است از بازتعریفِ این که یک ابزار جراحی چیست. امید من این است که این ابزارهای الکترونیکی، واقعاً دارای اثر بزرگی روی طریقه‌ای که مردم در مورد عمل‌های جراحی فکر می‌کنند باشند.» به گفته‌ی او هدفِ نهایی، به وجود آوردنِ ابزارهایی است که بدن و فعالیت مغز را ردیابی کنند و «در درجه‌ی اول حتی‌الامکان نیاز برای مداخله‌های جراحی را مرتفع سازند».
کولمن همراه با گروه تحقیقاتیش در سان دیگو می‌خواهد راه‌های نوی را برای مردم به وجود آورد که از مغزهایشان برای حرف زدن با ماشین‌ها، و حتی با یک‌دیگر، استفاده کنند. او جهانی را تصور می‌کند که در آن مردم، با استفاده از ابزارهایی برای انتقال مستقیم اطلاعات از ذهن‌هایشان، می‌توانند با یک‌دیگر کار یا حتی فکر کنند. او می‌گوید: «در این صورت شما می‌توانید با دوستتان هم به طریق طبیعی و هم از طریق مجازی در تعامل باشید در حالی که نه تنها از رفتارتان که از افکارتان نیز استفاده می‌کنید.»
ایده‌ی اتصال مغزها و ابزارها در کلاس درس نیز کاربرد خواهد داشت. کولمن می‌گوید: «اگر ما بتوانیم سیگنال‌های مغزی بین معلمین و دانش‌آموزانِ در حالِ تعامل با یک‌دیگر را دیده‌بانی کنیم آن‌گاه ممکن است محدوده‌ای را تشخیص دهیم که آن‌ها می‌توانند یک‌دیگر را بفهمند. این می‌تواند انقلابی در آموزش و پرورش ایجاد کند. تصورِ امکانات امری ساده است. و ما اگر تصور نکنیم پس چه کار کنیم؟»