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-մաշկը բարակ, կիսաթափանցիկ նյութ է, որն ունի ա վեպ կովալենտային կապակցված դինամիկ պոլիմերային ցանցի տեսակ, որը կոչվում է պոլիիմին, որը պատված է արծաթի նանոմասնիկներով՝ բարելավելու մեխանիկական ուժը, քիմիական կայունությունը և էլեկտրական հաղորդունակությունը: Այս e-skin-ն ունի նաև սենսորներ՝ ներկառուցված ճնշումը, ջերմաստիճանը, խոնավությունը և օդի հոսքը չափելու համար: Այս էլեկտրոնային մաշկը համարվում է ուշագրավ, քանի որ այն ներառված է բազմաթիվ հատկանիշներով, որոնք այն դարձնում են մարդու մաշկի չափազանց մոտ նմանակող: Այն շատ ճկուն է և կարող է հեշտությամբ տեղադրվել կոր մակերևույթների վրա (օրինակ՝ մարդու ձեռքեր և ոտքեր, ռոբոտ ձեռքեր)՝ դրա վրա չափավոր ջերմություն և ճնշում գործադրելով՝ առանց ավելորդ լարումների: Այն ունի զարմանահրաշ ինքնաբուժող հատկություններ, երբ արտաքին հանգամանքների հետևանքով առաջացած ցանկացած կտրվածքի կամ վնասվածքի դեպքում e-skin-ը վերստեղծում է քիմիական կապերը երկու առանձնացված կողմերի միջև՝ վերականգնելով մատրիցը իր պատշաճ ֆունկցիոնալության համար և վերադառնալով իր սկզբնական կապակցված վիճակին:
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:
Էլեկտրոնային մաշկի էկոլոգիապես մաքուր և ցածր գնով հատկությունները ողջունվել են, և այդպիսի էլեկտրոնային մաշկը կարող է զգալիորեն նվազեցնել էլեկտրոնային թափոնները և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը և կարող է շատ օգտագործելի և տարածված լինել տարբեր ոլորտների արտադրողների կողմից: Թեև այս պահին դա կարող է անհասկանալի թվալ, այս վերօգտագործման տեխնոլոգիան կարող է կիրառվել նաև հին էլեկտրոնիկայի իրերի համար: Իրականում, ժամանակակից ֆիթնես թրեյքերները և առողջության մոնիտորները, որոնք ժամանակին վնասվել են, ավելացնում են էլեկտրոնային թափոնների բարդացման շրջակա միջավայրի հետ կապված խնդիրների աճող լեռը: Էլեկտրոնային մաշկը կարող է կրել մեր պարանոցին կամ դաստակին, և դրանք կարող են լինել ճկուն կրելու պարագաներ կամ ժամանակավոր դաջվածքներ, և երբ դրանք վնասվում են, դրանք կարող են վերամշակվել և նորից օգտագործվել: Քանի որ e-skin-ը ճկուն է, այն կարող է թեքվել և ոլորվել և կարող է հարմարեցվել ըստ կրողի: Տեխնոլոգիան ճանապարհներ է բացում խելացիների համար Robotics որի մեջ այնպիսի հաճելի զգացողություն և հարմարավետ էլեկտրոնային մաշկը կարելի է փաթաթել ռոբոտի մարմնին կամ արհեստական վերջույթին: Ավելի մանրամասն, պրոթեզային ձեռքը կամ ոտքը, որը փաթաթված է այս էլեկտրոնային մաշկի մեջ, կարող է թույլ տալ կրողին արձագանքել ջերմաստիճանի և ճնշման փոփոխություններին՝ դրանում ներկառուցված բազմաթիվ սենսորների պատճառով: Ռոբոտաշինության ձեռքերը կամ ոտքերը, որոնք տեղադրված են նման էլեկտրոնային մաշկով, կարող են ստիպել ռոբոտներին ավելի նուրբ վարվել մարդկանց նկատմամբ և լինել ավելի անվտանգ և հուսալի: Օրինակ, e-skin-ը կարող է հատուկ տեղադրվել երեխայի հետ վարվող ռոբոտի կամ փխրուն տարեցների վրա, և այդպիսով ռոբոտը չափազանց մեծ ուժ չի կիրառի: Էլեկտրոնային մաշկի մեկ այլ կիրառություն կարող է լինել պոտենցիալ վտանգավոր միջավայրերում կամ բարձր ռիսկային աշխատանքներում: Հավանական է, որ այս տեխնոլոգիան կարող է օգտագործվել վիրտուալ կոճակներով, կառավարիչներով կամ դռներով, որոնք թույլ կտան ցանկացած գործողություն առանց մարդու ֆիզիկական փոխազդեցության, օրինակ՝ պայթուցիկ նյութերի արդյունաբերության կամ աշխատանքի այլ վտանգավոր ոլորտներում, և այդպիսով այս էլեկտրոնային մաշկը կարող է նվազեցնել հնարավորությունները։ ցանկացած մարդու վնասվածքից:
Էլեկտրոնային մաշկի վրա ցուցադրման ավելացում
Տոկիոյի համալսարանի հետազոտողների թիմը վերջերս ցուցադրություն է ավելացրել2(micro-LED) մինչև գերբարակ, ժապավենային օգնության ոճի էլեկտրոնային մաշկի պատիչներ, որոնք հնարավորություն են տալիս իրական ժամանակում ցուցադրել առողջության մոնիտորինգի տարբեր նշաններ (օրինակ՝ շաքարախտով հիվանդ մարդկանց մոտ գլյուկոզայի մակարդակի չափում կամ սրտի էլեկտրասրտագրության շարժվող ալիքի ձևը: համբերատար). Այս կարկատներն ունեն ձգվող լարեր և այդպիսով կարող են թեքվել կամ ձգվել մինչև 45 տոկոս՝ կախված կրողի շարժից: Դրանք համարվում են ամենաճկուն և դիմացկուն դիզայնը վերջին ժամանակներում: Մարդու մաշկի բջիջների շարունակական թափումը կարող է նշանակել, որ շերտը կարող է ընկնել մի քանի օր հետո, բայց դա հնարավոր է լուծել:
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.
