Նոր տեսակի ճկուն, ինքնաբուժվող և ամբողջությամբ վերամշակվող «էլեկտրոնային մաշկի» հայտնաբերումը լայն կիրառություն ունի առողջության մոնիտորինգի, ռոբոտաշինության, պրոթեզավորման և կատարելագործված կենսաբժշկական սարքերում:
Ուսումնասիրությունը հրապարակվել է Գիտություն Առաջընթաց ցուցադրում է նոր էլեկտրոնային մաշկ (կամ պարզապես էլեկտրոնային մաշկ), որն ունի բազմաթիվ հատկություններ, ներառյալ ճկունությունը, ինքնաբուժումը և լիարժեք վերամշակումը, երբ համեմատվում է մարդու հետ: մաշկ1Մաշկը՝ մեր ամենամեծ օրգանը, մսոտ ծածկույթ է, երբ երևում ենք դրսից: Մեր մաշկը շատ բազմակողմանի օրգան է, որը գործում է որպես անջրանցիկ, մեկուսիչ վահան և պաշտպանում է մեր մարմինը մի շարք արտաքին վտանգներից կամ գործոններից, օրինակ՝ արևի վնասակար ազդեցությունից: Մաշկի որոշ գործառույթներ են մարմնի ջերմաստիճանի կարգավորումը, մարմնի պաշտպանությունը թունավոր նյութերի ընդունումից, ինչպես նաև թունավոր նյութերի արտազատումը (քրտինքի հետ միասին), մեխանիկական և իմունոլոգիական աջակցությունը և կարևոր նյութի արտադրությունը: Վիտամին D ինչը շատ կարևոր է մեր ոսկորների համար: Մաշկը նաև հսկայական սենսոր է, որն ունի մեծ նյարդեր՝ ուղեղի հետ ակնթարթորեն հաղորդակցվելու համար:
Ողջ աշխարհում հետազոտողները աշխատել են տարբեր տեսակի և չափերի «հագուստի» մշակման վրա էլեկտրոնային երեսվածքներըընդօրինակել փորձելու նպատակով կենսաբանական մաշկը և նրա տարբեր գործառույթները. Փափուկ և կորագիծ մարդու մաշկի հետ անխափան ինտեգրման համար ճկուն և ձգվող սարքերի խիստ անհրաժեշտություն կա: Նանոմաշտաբ (10-9ժգ) նյութերը կարող են ապահովել պահանջվող մեխանիկական և էլեկտրական բազմակողմանիությունը՝ փոխարինելով նախկինում սովորաբար օգտագործվող կոշտ սիլիցիումին: Բժիշկ Ցզյանլյան Սյաոյի ղեկավարած թիմը Կոլորադոյի համալսարանում, Բոլդեր, ԱՄՆ հաջողությամբ մշակել է արհեստական էլեկտրոնային մաշկ (e-skin), որի նպատակն է մարդու մաշկի զգայական հպումը ռոբոտների և պրոթեզների վրա փոխակերպել: Այս փորձն ուղղված է ապագայում «կրելի» տեխնոլոգիա ունենալու ուղղությամբ, որը հսկայական ներուժ և արժեք կունենա բժշկական, գիտական և ճարտարագիտական ոլորտներում։
Էլեկտրոնային մաշկ՝ ինքնաբուժվող և վերամշակվող
E-skin is a thin, translucent material having a վեպ type of covalently bonded dynamic polymer network, called polyimine, which is laced with silver nanoparticles for improved mechanical strength, chemical stability and electrical conductivity. This e-skin also has sensors embedded in it to measure pressure, temperature, humidity and air flow. This e-skin is being considered remarkable because it has been incorporated with many features which make it an extremely closer mimic of the human skin. It is highly malleable and can be easily set onto curved surfaces (e.g. human arms and legs, robotic hands) by applying moderate heat and pressure to it without introducing excessive stresses. It has amazing self-healing properties wherein upon any cut or damage caused by an external circumstance, the e-skin recreates the chemical bonds between the two separated sides restoring the matrix for its proper functionality and returning to its original bonded state.
Եթե այս էլեկտրոնային մաշկը որևէ հանգամանքի պատճառով դառնում է անօգտագործելի, այն կարող է ամբողջությամբ վերամշակվել և վերածվել բոլորովին նոր էլեկտրոնային մաշկի՝ այն դնելով վերամշակման լուծույթի մեջ, որը «հեղուկացնում է» գոյություն ունեցող էլեկտրոնային մաշկի նյութը և վերածում այն «նոր» էլեկտրոնային մաշկի: Վերամշակման այս լուծույթը` էթանոլի երեք առևտրային հասանելի քիմիական միացությունների խառնուրդը, քայքայում է պոլիմերները և արծաթի նանոմասնիկները խորտակվում են լուծույթի հատակին: Այս քայքայված պոլիմերները կարող են նորից օգտագործվել՝ նոր ֆունկցիոնալ էլեկտրոնային մաշկ ստեղծելու համար: Այս ինքնաբուժումը և վերամշակումը, որը հասանելի է սենյակային ջերմաստիճանում, վերագրվում է օգտագործվող պոլիմերի քիմիական կապին: Պոլիմինի պոլիմերային ցանցի առավելությունն այն է, որ այն շրջելի է և կարող է կոտրվել և վերամշակվել, ի տարբերություն սովորական թերմոստատի նյութերի, որոնք չեն կարող վերափոխվել կամ վերամշակվել կամ վերամշակվել իրենց խաչաձև պոլիմերային ցանցերում անդառնալի կապերի պատճառով: Սա ավելի ամուր է, քան ինքնին մարդու մաշկը, և այն կարող է օգտագործվել որպես դրա հավելում, այլ ոչ թե փոխարինող: Այն նաև հաճելի է դիպչել և զգացվում է գրեթե իրական մաշկի պես, որը կարող է ապագայում այն դարձնել որպես ծածկող միջոց, օրինակ՝ էլեկտրոնային սարքերի:
Eco-friendly and low on cost properties of e-skin have been hailed and such e-skin could greatly reduce electronic waste and environmental impact and could be highly usable and popular with manufacturers across different fields. Though it may sound farfetched at the moment, this reuse technology could also be similarly applied to old electronics items as well. In fact, modern day fitness trackers and health monitors once damaged add to the growing mountain of e-waste compounding environment related problems. The e-skin could be worn around our necks or on our wrists and these could be like flexible wearables or temporary tattoos and whenever they get damaged they can be recycled and reused. Since e-skin is flexible, it can be bent and twisted and can be made customized according to the wearer. The technology opens up avenues for intelligent Robotics in which such a pleasant to feel and confortable electronic skin can be wrapped around the body of a robot or an artificial limb. To elaborate, a prosthetic arm or leg which is wrapped in this electronic skin can allow the wearer to respond to temperature and pressure changes because of the multiple sensors incorporated in it. The robotics arms or legs fitted with such an e-skin can make the robots act more delicately towards humans and be more safe and reliable. For example, e-skin could be specifically fitted to a robot handling a baby or a fragile elderly and thus robot will not be applying too much force. Another application of e-skin can be potentially in hazardous environments or high-risk jobs. It is plausible that this technology could be used with virtual buttons, controls or doors that would enable any operation without human physical interaction, for example in explosives industry or other dangerous lines of work, and thus this e-skin maybe able to decrease the chances of any human injury.
Էլեկտրոնային մաշկի վրա ցուցադրման ավելացում
Տոկիոյի համալսարանի հետազոտողների թիմը վերջերս ցուցադրություն է ավելացրել2(micro-LED) to ultrathin, band aid-style e-skin patches to enable display of different signs of health monitoring in real time (e.g. measuring glucose levels in people with diabetes or the moving waveform of an electrocardiogram of a heart համբերատար). These patches have a stretchable wiring and thus can bend or stretch to up to 45 precent based upon the movement of the wearer. These are considered as having the most flexible and durable design in recent times. The continuous shedding of human skin cells could mean that the patch might fall off after a few days but this can be worked around.
Պրոֆեսոր Տակաո Սոմեյայի ղեկավարած այս ուսումնասիրությունը նշում է, որ նման էկրանը կարող է ի վերջո օգտագործվել բժշկական տեղեկատվությունը անխափան և հեշտ կերպով կարդալու և փոխանցելու համար ոչ միայն հիվանդների, այլև ընտանիքի անդամների, բուժաշխատողների և բուժաշխատողների՝ անձամբ կամ նույնիսկ հեռակա կարգով: Այն նույնպես հաղորդագրություններ կստանար։ Հետազոտողները նպատակ ունեն հետագայում բարելավել կարկատանի հուսալիությունը, այն ավելի ծախսարդյունավետ դարձնել, ինչպես նաև ավելացնել դրա արտադրությունը՝ ամբողջ աշխարհով մեկ ավելի լայն տարածման համար: Նրանց նպատակն է այս սարքը շուկա հանել մինչև 2020 թվականի վերջ։
Առջևում մարտահրավերներ
Էլեկտրոնային մաշկի զարգացումը շատ հետաքրքիր նոր հետազոտություն է, այնուամենայնիվ, մեր հիմնական հատկություններից մեկը՝ ճկունությունը և ձգվող կարողությունը, դեռ պետք է հաջողությամբ ձեռք բերվի էլեկտրոնային մաշկի միջոցով: Էլեկտրոնային մաշկը փափուկ է, բայց ոչ այնքան առաձգական, որքան մարդու մաշկը: Հեղինակների կարծիքով, նյութը նույնպես այնքան էլ հեշտությամբ վերարտադրելի չէ: Վերականգնված/վերամշակված էլեկտրոնային մաշկի սարքում նկատվել է զգայության ընդհանուր կատարողականի մի փոքր նվազում՝ համեմատած թարմ մոդուլի հետ, ինչը պետք է ամբողջությամբ լուծվի հետագա հետազոտություններով: E-skins-ի կողմից օգտագործվող մագնիսական դաշտերը նույնպես բավականին բարձր են և պետք է կրճատվեն: Ներկայումս սարքը սնվում է արտաքին աղբյուրից, ինչը շատ անիրագործելի է, սակայն դրա փոխարեն պետք է հնարավոր լինի ունենալ վերալիցքավորվող, փոքր մարտկոցներ՝ սարքը սնուցելու համար: Dr. Xiao-ն և նրա թիմը ցանկանում են կատարելագործել այս արտադրանքը և բարելավել մասշտաբային լուծումը, որպեսզի գոնե տնտեսական խոչընդոտները կարողանան հաղթահարել, և այս էլեկտրոնային մաշկը ավելի հեշտ լինի արտադրել և տեղադրել ռոբոտների, պրոթեզների, բժշկական սարքերի կամ այլ բաների վրա:
***
{Դուք կարող եք կարդալ հետազոտական հոդվածի բնօրինակը` սեղմելով ներքևում նշված DOI հղումը` մեջբերված աղբյուրների ցանկում:}
Աղբյուրը (ներ)
1. Zou Z et al. 2018. Վերականգնվող, լիովին վերամշակվող և ճկուն էլեկտրոնային մաշկ, որը հնարավոր է դարձել դինամիկ կովալենտային ջերմակայուն նանոկոմպոզիտով: Գիտություն Առաջընթաց. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Շարունակական առողջության մոնիտորինգ՝ մաշկի վրա գերճկուն սենսորներով: AAAS տարեկան ժողովի սիմպոզիում, Օսթին, Տեխաս, 17 փետրվարի, 2018թ.
