تصور کنید که یک قطعه الکترونیکی به نرمی و انعطاف‌پذیری پوست شما خم شود، ترمیم گردد و با محیط اطراف خود سازگار شود. محققان دانشگاه فنی دانمارک (DTU) با توسعه یک ماده جدید، یک قدم به این هدف نزدیک‌تر شده‌اند. این ماده خواص، کارکرد و مقاومت بافت زنده بدن انسان را تقلید می‌کند و برای اولین بار در یک ماده الکترونیکی، ترکیبی از نرمی، کشسانی، قابلیت ترمیم خودکار، و توانایی حس کردن تغییرات محیطی را به نمایش می‌گذارد. این دستاورد می‌تواند آینده پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده را رقم بزند. با ما در دیجی رو همراه باشید.
امروزه، بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی به موادی سخت و شکننده متکی هستند که به آسانی آسیب می‌بینند و در محیط‌های غیرقابل پیش‌بینی کارایی خود را از دست می‌دهند. با وارد شدن کوچک‌ترین آسیب، این دستگاه‌ها از کار می‌افتند. حتی مواد نرم‌تر جدیدی که به لمس یا گرما واکنش نشان می‌دهند نیز، اغلب نمی‌توانند خود را ترمیم کنند یا بدون از دست دادن استحکام، کشیده و خم شوند. این مواد همچنین نمی‌توانند قابلیت‌های مختلف خود را در یک طراحی واحد و مقیاس‌پذیر برای استفاده‌های واقعی ادغام کنند. اما این نوآوری جدید از دانشگاه فنی دانمارک این مشکل را حل کرده است.
تیم تحقیقاتی با استفاده از ترکیبی از گرافن و یک پلیمر به نام PEDOT:PSS، یک ماده پایه ژل مانند را به چیزی خارق‌العاده تبدیل کرده‌اند. نتیجه کار، ماده‌ای قوی و در عین حال انعطاف‌پذیر با بسیاری از ویژگی‌های شبیه به بافت زنده است. این ماده به سرعت خود را ترمیم می‌کند، فشار و دما را حس می‌کند و با محیط اطراف سازگار می‌شود. این کشف می‌تواند افق‌های جدیدی را برای همه چیز، از تجهیزات پزشکی گرفته تا ربات‌های تغییر شکل دهنده، باز کند. این نوآوری راه را برای تولید نسل جدیدی از پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده هموار کرده است.
استحکام بیشتر با ترکیب گرافن و PEDOT:PSS
رمز این پیشرفت بزرگ در ترکیب دو ماده برجسته نهفته است. گرافن، شکلی از کربن است که تنها به ضخامت یک اتم است، اما با وجود نازکی باورنکردنی، بسیار قوی بوده و رسانایی الکتریکی بالایی دارد. از سوی دیگر، PEDOT:PSS، یک پلیمر شفاف و کشسان است که به دلیل رسانایی خود شناخته شده و اغلب در مواد الکترونیک انعطاف‌پذیر و سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود. با ترکیب این دو ماده، محققان DTU یک نوع ماده پرکننده جدید به نام گرافن-PEDOT:PSS ایجاد کردند. این ماده پرکننده، ماده ژلاتینی ضعیفی را که به آن اضافه می‌شود، به چیزی با ویژگی‌های شبیه به پوست تبدیل می‌کند. به این معنی که این ماده جدید نه تنها مقاوم و کشسان است، بلکه هوشمند نیز هست. می‌تواند به لمس واکنش نشان دهد، به سرعت خود را ترمیم کند و حتی مانند پوست واقعی شما، گرما را تنظیم کند.
دکتر علیرضا دولتشاهی پیروز، استادیار دانشکده فناوری سلامت DTU و نویسنده اصلی این مقاله پژوهشی، این دستاورد را چنین توضیح می‌دهد:
دستگاه‌های موجود امروزی که دارای خواص خود ترمیم شوندگی، نرمی و واکنش‌پذیری هستند، اغلب نمی‌توانند به طور یکپارچه و مقیاس‌پذیر، تمام این ویژگی‌ها را در یک پلتفرم منسجم ادغام کنند. و این همان چیزی است که من معتقدم ما به آن دست یافته‌ایم.
این ماده جدید، یک گام بزرگ به سوی تحقق پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده است.
ترمیم در چند ثانیه، کشسانی مانند پوست!
یکی از هیجان‌انگیزترین جنبه‌های این ماده، توانایی آن در ترمیم خودکار است. اگر دچار پارگی یا خراش شود، در عرض چند ثانیه خود را ترمیم می‌کند؛ درست مثل پوست انسان. این ویژگی آن را برای استفاده در دستگاه‌های پوشیدنی یا ربات‌های نرم که باید در برابر خم شدن، کشیده شدن و فرسایش روزمره مقاومت کنند، ایده‌آل می‌سازد. این ماده همچنین می‌تواند تا شش برابر طول اولیه خود کشیده شود و همچنان به شکل اولیه خود بازگردد. این نوع انعطاف‌پذیری نادر و بسیار ارزشمند است. بیشتر مواد الکترونیکی با کشیده شدن یا خم شدن، عملکرد خود را از دست می‌دهند، اما این ماده حتی در سخت‌ترین شرایط نیز به کار خود ادامه می‌دهد.
این ماده جدید همچنین در برابر دما عملکرد خوبی از خود نشان می‌دهد. می‌تواند گرما، فشار و حتی تغییرات pH در محیط خود را حس کند. این ویژگی آن را برای سیستم‌های پایش سلامت، ایده‌آل می‌سازد. یک پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده را تصور کنید که در قالب یک باند زخم، به پزشکان گزارش می‌دهد که یک جراحت چقدر خوب در حال بهبود است، یا یک دستگاه پوشیدنی که ضربان قلب شما را پایش کرده و با دمای بدن شما در زمان واقعی سازگار می‌شود.
دکتر دولتشاهی پیروز می‌گوید:
لباس‌های فضایی به عنوان یک کاربرد بالقوه برای این فناوری جدید به ذهن می‌رسند، اما من معتقدم که مرتبط‌ترین کاربردها را برای شهروندان عادی در حوزه مراقبت‌های بهداشتی پیدا خواهیم کرد.
او اضافه می‌کند:
به عنوان مثال، می‌توانیم این ماده را در باندهای زخم بگنجانیم که نحوه بهبود یک زخم را پایش می‌کنند، یا در دستگاه‌هایی که به طور مداوم ضربان قلب و دما را ردیابی می‌کنند. ماهیت کشسان این ماده، آن را برای جراحی‌های کمترتهاجمی یا کاربردهای قابل کاشت در بدن ایده‌آل می‌سازد. همچنین می‌توان به راحتی اندام‌های مصنوعی (پروتزها) را تصور کرد که تعبیه آن‌ها راحت‌تر بوده و عملکرد بهتری دارند.
دستگاه‌های پوشیدنی هوشمندتر، ربات‌های نرم‌تر
از آنجایی که این ماده انعطاف‌پذیر، نرم و بسیار واکنش‌پذیر است، می‌تواند بسیاری از صنایع را متحول کند. در رباتیک، می‌تواند به ربات‌ها کمک کند تا به طور طبیعی‌تر حرکت کرده و محیط اطراف خود را مانند حیوانات حس کنند. یک ربات نرم که با این ماده ساخته شده، می‌تواند شکل خود را تغییر دهد یا به طور مستقل از آسیب‌ها بهبود یابد و با سهولت در زمین‌های ناهموار حرکت کرده یا کارهای ظریف انجام دهد. این ربات‌ها می‌توانند نسل بعدی پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده را در ابعاد بزرگ نشان دهند.
در مراقبت‌های بهداشتی، کاربردهای آن بسیار گسترده است. این ماده می‌تواند مانند پوست دوم به دور بازوی یک فرد بپیچد و علائم حیاتی را بدون ایجاد ناراحتی پایش کند. همچنین می‌تواند برای پوشش داخلی ابزارهای جراحی یا در ایمپلنت‌هایی که با بدن کشیده و جابه‌جا می‌شوند، استفاده شود. راحتی و عملکرد آن می‌تواند اندام‌های مصنوعی را واقعی‌تر و پوشیدن آن‌ها را آسان‌تر کند. حتی می‌توان این ماده را به صورت سه‌بعدی چاپ کرد، به این معنی که اشکال و طرح‌های سفارشی را می‌توان به سرعت برای استفاده‌های مختلف ساخت. چه یک پچ هوشمند، یک حسگر انعطاف‌پذیر، یا یک اندام رباتیک کامل، این ماده می‌تواند به شکلی که نیاز است درآید و همچنان عملکرد بالایی ارائه دهد. این توانایی‌ها به طور مستقیم به پیشرفت پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده کمک می‌کنند.
از آزمایشگاه تا زندگی واقعی
تیم تحقیقاتی اکنون در حال بررسی چگونگی تولید این ماده در مقیاس بزرگ‌تر است. هدف این است که از نمونه‌های آزمایشگاهی به محصولاتی برسند که مردم بتوانند از آن‌ها استفاده کنند. این به معنای آزمایش مقاومت آن در طول زمان، بهبود فرآیند تولید و یافتن شرکایی است که می‌توانند به ورود آن به دنیای واقعی کمک کنند. یکی از چالش‌های اصلی در علم و فناوری، پر کردن شکاف بین طبیعت و ماشین‌ها است. بافت زنده سخت، هوشمند و سازگار است، اما ماشین‌ها این‌گونه نیستند (حداقل هنوز).
اما دستاورد جدید محققان دانشگاه فنی دانمارک، بسیار به این رویا نزدیک‌تر می‌شود. این ماده، چیزی را ارائه می‌دهد که بیولوژی را تقلید می‌کند و در عین حال در دنیای الکترونیک جای می‌گیرد. با ادامه تحقیقات، این ماده شبیه به پوست، می‌تواند به بخشی از زندگی روزمره تبدیل شود. چه در کمک به یک ربات برای حرکت روان‌تر و چه در کمک به یک بیمار برای بهبود سریع‌تر، این ماده نشان می‌دهد که علم راه‌های جدیدی برای ترکیب مصنوعیات با مواد طبیعی پیدا می‌کند و آینده پوست الکترونیکی خود ترمیم شونده را روشن می‌سازد.
