ساخت پوست هوشمند با قابلیت‌های حسی پوست طبیعی!

دانشمندان حین تلاش برای ساخت پوست هوشمندی که قابلیت‌های حسی پوست طبیعی را تقلید می‌کند، مزایای قابل توجهی در پوست‌های یونی مشاهده کرده اند. این پوست‌ها از هیدروژل‌های انعطاف پذیر و زیست سازگار ساخته شده اند که از یون‌ها برای حمل بار الکتریکی استفاده می‌کنند.

برخلاف پوست‌های هوشمند ساخته شده از پلاستیک و فلز، هیدروژل‌ها نرمی پوست طبیعی تری را دارند. این ویژگی حس طبیعی تری به بازوی مصنوعی یا دست رباتی که روی آن نصب شده است، می‌دهد و پوشیدن آن‌ها را راحت می‌کند. هیدروژل‌ها می‌توانند هنگام لمس ولتاژ ایجاد کنند؛ دانشمندان هنوز متوجه چگونگی این موضوع نشده اند.

تیمی از محققان در UBC یک آزمایش منحصر به فرد را به این منظور طراحی کردند. "یوتا" سرپرست تیم تحقیق، می‌گوید: «نحوه کار حسگر‌های هیدروژل به این صورت است که در واکنش به محرک‌ها، مانند فشار یا لمس، ولتاژ و جریان تولید می‌کنند؛ چیزی که ما آن را پیزویونی می‌نامیم. اما ما دقیقاً نمی‌دانستیم این ولتاژ‌ها چگونه تولید می‌شوند.» "دوباشی" کار روی این موضوع را به عنوان بخشی از پروژه کارشناسی ارشد خود در مهندسی زیست پزشکی در UBC آغاز کرد. او تحت نظارت "دکتر جان مدن"، محقق UBC، حسگر‌های هیدروژل حاوی نمک‌هایی با یون‌های مثبت و منفی در اندازه‌های مختلف را ابداع کرد.

او و همکارانش در دپارتمان‌های فیزیک و شیمی UBC از میدان‌های مغناطیسی برای ردیابی دقیق نحوه حرکت یون‌ها در هنگام اعمال فشار به حسگر استفاده کردند. پس از اعمال فشار بر روی ژل، یون‌های مایع با سرعت‌های مختلفی پخش می‌شوند و یک سیگنال الکتریکی ایجاد می‌کنند. یون‌های مثبت که تمایل به کوچک‌تر بودن دارند، سریع‌تر از یون‌های بزرگ‌تر و منفی حرکت می‌کنند. توزیعی که یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند، باعث می‌شود یک حسگر پیزویونی کار کند. محققان می‌گویند این دانش جدید تأیید می‌کند که هیدروژل‌ها به روشی مشابه نحوه تشخیص فشار توسط انسان‌ها عمل می‌کنند و همچنین از طریق حرکت یون‌ها در پاسخ به فشار، کاربرد‌های جدیدی برای پوست‌های یونی ایجاد می‌کنند.

"دکتر مدن" می‌گوید: «یک کاربرد مهم، ایجاد حسگر‌هایی است که مستقیماً با سلول‌ها و سیستم عصبی تعامل دارند، زیرا ولتاژها، جریان‌ها و زمان‌های پاسخ مانند غشای سلولی است. زمانی که حسگر خود را به یک عصب متصل می‌کنیم، سیگنالی در عصب تولید می‌کند. عصب نیز به نوبه خود انقباض عضلانی را فعال می‌کند.» یک بازوی مصنوعی پوشیده از یک پوست یونی را تصور کنید. پوست یک شیء را از طریق لمس یا فشار حس می‌کند، آن اطلاعات را از طریق اعصاب به مغز منتقل می‌کند و سپس مغز موتور‌های مورد نیاز برای بلند کردن یا نگه داشتن آن جسم را فعال می‌کند. توسعه پوست حسگر به همراه رابط اعصاب با استفاده از این رابطه بیونیک قابل تصور است.

یکی دیگر از کاربرد‌های پوست یونی، سنسور هیدروژل نرم است که بر روی پوست پوشیده می‌شود و می‌تواند علائم حیاتی بیمار را تحت نظر داشته باشد. می‌توان آینده‌ای را تصور کرد که در آن از "یونترونیک" ژله مانند برای ایمپلنت‌های بدن استفاده شود. مفاصل مصنوعی را می‌توان بدون ترس از رد شدن در داخل بدن انسان کاشت. دستگاه‌های یونی را می‌توان به عنوان بخشی از غضروف مصنوعی زانو به همراه حسگر‌های هوشمند استفاده کرد. به عنوان مثال، یک ایمپلنت ژل پیزویونیک ممکن است دارو‌ها را بر اساس میزان فشاری که احساس می‌کند، آزاد کند. دکتر مدن افزود که بازار پوست‌های هوشمند در سال ۲۰۱۹ حدود ۴.۵ میلیارد دلار تخمین زده می‌شود و همچنان نیز به رشد خود ادامه می‌دهد. پوست‌های هوشمند را می‌توان در لباس ادغام کرد یا مستقیماً روی پوست قرار داد و پوست‌های یونی یکی از فناوری‌هایی هستند که می‌توانند این رشد را بیشتر کنند.