Ugunduzi wa aina mpya ya "ngozi ya kielektroniki" inayoweza kuharibika, inayojiponya na inayoweza kutumika tena inatumika kwa upana katika ufuatiliaji wa afya, robotiki, usanifu na vifaa vilivyoboreshwa vya matibabu.
Utafiti uliochapishwa katika Maendeleo ya sayansi inaonyesha ngozi mpya ya kielektroniki (au kwa urahisi ngozi ya kielektroniki) ambayo ina sifa nyingi ikiwa ni pamoja na kutoweza kuharibika, kujiponya na kutumika tena kikamilifu ikilinganishwa na binadamu. ngozi1.Ngozi, kiungo chetu kikubwa zaidi, ni kifuniko chenye nyama kinapoonekana kutoka nje. Ngozi yetu ni kiungo chenye uwezo wa kufanya kazi nyingi sana ambacho hufanya kazi ya kuzuia maji, ngao ya kuhami na hulinda miili yetu dhidi ya hatari au sababu mbali mbali za nje kama vile jua hatari. Baadhi ya kazi za ngozi ni kudhibiti joto la mwili, kulinda mwili kutokana na ulaji wa vitu vyenye sumu na pia kutoa vitu vyenye sumu (pamoja na jasho), msaada wa mitambo na kinga na utengenezaji wa vitu muhimu. vitamini D ambayo ni muhimu sana kwa mifupa yetu. Ngozi pia ni sensor kubwa yenye mishipa ya kutosha ya kuwasiliana mara moja na ubongo.
Watafiti kote ulimwenguni wamekuwa wakifanya kazi katika kutengeneza aina na saizi tofauti za 'kuvaa e-ngozi' kwa lengo la kujaribu kuiga kibiolojia ngozi na kazi zake mbalimbali. Kuna hitaji kubwa la vifaa vinavyoweza kunyumbulika na kunyooshwa vya kuunganishwa bila mshono na ngozi laini na inayopinda ya binadamu. Nanoscale (10-9m) nyenzo zinaweza kutoa utengamano unaohitajika wa kiufundi na umeme kuchukua nafasi ya silikoni ngumu ambayo imekuwa ikitumika hapo awali. Timu hiyo inayoongozwa na Dk. Jianliang Xiao katika Chuo Kikuu cha Colorado, Boulder, Marekani wamefanikiwa kutengeneza ngozi bandia ya kielektroniki (e-skin) kwa lengo la kutafsiri mguso wa hisi za ngozi ya binadamu kwenye roboti na viungo bandia. Jaribio hili liko katika mwelekeo wa kuwa na teknolojia ya "kuvaa" katika siku zijazo ambayo itakuwa na uwezo mkubwa na thamani katika nyanja za matibabu, kisayansi na uhandisi.
E-ngozi: kujiponya na inaweza kutumika tena
Ngozi ya elektroniki ni nyenzo nyembamba, inayong'aa yenye aina mpya ya mtandao wa polima unaounganishwa kwa ushikamanifu, unaoitwa polyimine, ambao umefungwa na chembechembe za fedha kwa ajili ya kuboresha nguvu za mitambo, uthabiti wa kemikali na upitishaji umeme. Ngozi hii ya kielektroniki pia ina vihisi vilivyopachikwa ndani yake ili kupima shinikizo, halijoto, unyevunyevu na mtiririko wa hewa. Ngozi hii ya kielektroniki inachukuliwa kuwa ya kustaajabisha kwa sababu imejumuishwa na vipengele vingi vinavyoifanya kuwa mwigo wa karibu zaidi wa ngozi ya binadamu. Inaweza kuyeyuka sana na inaweza kuwekwa kwa urahisi kwenye nyuso zilizopinda (km mikono na miguu ya binadamu, mikono ya roboti) kwa kuipaka joto la wastani na shinikizo bila kuleta mikazo mingi. Ina sifa za ajabu za kujiponya ambapo kwa kukatwa au uharibifu wowote unaosababishwa na hali ya nje, ngozi ya kielektroniki huunda tena vifungo vya kemikali kati ya pande mbili zilizotenganishwa na kurejesha tumbo kwa utendakazi wake ufaao na kurejea katika hali yake ya asili iliyounganishwa.
Ikiwa ngozi ya elektroniki haitaweza kutumika kwa sababu ya hali yoyote, inaweza kusindika tena na kugeuzwa kuwa ngozi mpya ya kielektroniki kwa kuiweka kwenye suluhisho la kuchakata tena ambalo "husafisha" nyenzo iliyopo ya ngozi ya elektroniki na kuibadilisha kuwa " mpya” ngozi ya kielektroniki. Suluhisho hili la kuchakata tena - mchanganyiko wa misombo mitatu ya kemikali inayopatikana kibiashara katika ethanol - huharibu polima na nanoparticles za fedha huzama chini ya suluhisho. Polima hizi zilizoharibika zinaweza kutumika upya kutengeneza ngozi mpya ya kielektroniki. Uponyaji huu wa kibinafsi na urejelezaji ambao unaweza kufikiwa kwa joto la kawaida unahusishwa na uunganisho wa kemikali wa polima inayotumiwa. Faida ya mtandao wa polima wa polyimine ni kwamba inaweza kutenduliwa na inaweza kuvunjwa na kuchakatwa tena tofauti na nyenzo nyingi za kawaida za kidhibiti cha halijoto ambacho hakiwezi kubadilishwa au kuchakatwa au kuchakatwa tena kwa sababu ya vifungo visivyoweza kutenduliwa ndani ya mitandao yao ya polimeri iliyounganishwa na mtambuka. Hii ni imara zaidi kuliko ngozi ya binadamu yenyewe na inaweza kutumika kama nyongeza yake badala ya kuibadilisha. Pia inapendeza kuguswa na kuhisi karibu kama ngozi halisi ambayo inaweza kuifanya kama wakala wa kufunika katika siku zijazo, kama vile vifaa vya elektroniki.
Sifa zinazofaa kuhifadhi mazingira na za bei nafuu za ngozi ya kielektroniki zimepongezwa na ngozi kama hiyo ya kielektroniki inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa uchafu wa kielektroniki na athari za kimazingira na inaweza kutumika na kupendwa sana na watengenezaji katika nyanja mbalimbali. Ingawa inaweza kusikika kuwa jambo geni kwa sasa, teknolojia hii ya utumiaji tena inaweza kutumika vile vile kwa bidhaa za zamani za kielektroniki pia. Kwa kweli, wafuatiliaji wa siku za kisasa za utimamu wa mwili na wachunguzi wa afya mara tu wanapoharibiwa huongeza mlima unaokua wa matatizo yanayohusiana na mazingira yanayohusiana na taka za kielektroniki. Ngozi ya kielektroniki inaweza kuvaliwa shingoni au kwenye viganja vyetu na hizi zinaweza kuwa kama nguo zinazonyumbulika au tatoo za muda na kila zinapoharibika zinaweza kurejeshwa na kutumiwa tena. Kwa kuwa ngozi ya kielektroniki ni rahisi kunyumbulika, inaweza kupinda na kusokotwa na inaweza kubinafsishwa kulingana na mvaaji. Teknolojia hiyo inafungua njia za robotiki zenye akili ambapo ngozi ya elektroniki ya kupendeza kama hii inaweza kufunikwa kwenye mwili wa roboti au kiungo bandia. Ili kufafanua, mkono au mguu wa bandia ambao umefungwa kwenye ngozi hii ya kielektroniki unaweza kumruhusu mvaaji kujibu mabadiliko ya joto na shinikizo kwa sababu ya vihisi vingi vilivyojumuishwa ndani yake. Mikono au miguu ya roboti iliyowekewa ngozi ya kielektroniki kama hii inaweza kufanya roboti ziwaendee wanadamu kwa uangalifu zaidi na kuwa salama na kutegemewa zaidi. Kwa mfano, ngozi ya kielektroniki inaweza kuwekwa mahususi kwa roboti inayoshughulikia mtoto au mzee dhaifu na kwa hivyo roboti haitatumia nguvu nyingi. Utumiaji mwingine wa ngozi ya kielektroniki unaweza kuwa katika mazingira hatarishi au kazi zenye hatari kubwa. Inaaminika kuwa teknolojia hii inaweza kutumika na vitufe, vidhibiti au milango pepe ambayo ingewezesha operesheni yoyote bila mwingiliano wa kibinadamu, kwa mfano katika tasnia ya milipuko au njia zingine hatari za kazi, na kwa hivyo ngozi hii ya kielektroniki inaweza kupunguza uwezekano. ya jeraha lolote la binadamu.
Kuongeza onyesho kwenye ngozi ya elektroniki
Timu ya watafiti katika Chuo Kikuu cha Tokyo hivi karibuni wameongeza onyesho2(LED ndogo) hadi ultrathin, vibandiko vya ngozi vya kielektroniki ili kuwezesha uonyeshaji wa dalili mbalimbali za ufuatiliaji wa afya kwa wakati halisi (km kupima viwango vya glukosi kwa watu walio na kisukari au mawimbi yanayosonga ya kielektroniki cha moyo cha mgonjwa wa moyo). Viraka hivi vina wiring inayoweza kunyooshwa na hivyo vinaweza kupinda au kunyoosha hadi asilimia 45 kulingana na msogeo wa mvaaji. Hizi zinazingatiwa kuwa na muundo unaonyumbulika zaidi na wa kudumu katika siku za hivi karibuni. Kumwaga kwa mara kwa mara kwa seli za ngozi ya binadamu kunaweza kumaanisha kuwa kiraka kinaweza kuanguka baada ya siku chache lakini hii inaweza kutatuliwa.
Utafiti huu, ulioongozwa na Profesa Takao Someya unasema kuwa onyesho kama hilo linaweza kutumika hatimaye kuwezesha kusoma na kuwasiliana habari za matibabu kwa njia isiyo na mshono na rahisi sio tu kwa wagonjwa bali pia kwa wanafamilia, watoa huduma na wataalamu wa afya ama kibinafsi au hata. kwa mbali. Ingepokea ujumbe pia. Watafiti wanalenga kuboresha zaidi kuegemea kwa kiraka, kuifanya iwe ya gharama zaidi na pia kuongeza uzalishaji wake kwa ufikiaji mpana kote ulimwenguni. Lengo lao ni kuzindua kifaa hiki sokoni kufikia mwisho wa 2020.
Changamoto mbele
Ukuzaji wa ngozi ya kielektroniki ni utafiti wa riwaya ya kusisimua sana, hata hivyo, mojawapo ya sifa za kimsingi za - kunyumbulika na uwezo wa kunyoosha - bado haujafanikishwa kwa ufanisi na e-ngozi. Ngozi ya kielektroniki ni laini lakini hainyooshi kama ngozi ya binadamu. Kulingana na waandishi, kama inavyosimama nyenzo pia haziwezi kuzaliana kwa urahisi sana. Kupungua kidogo kwa utendaji wa jumla wa hisia katika kifaa kilichorekebishwa/kutumiwa tena kwa ngozi ya kielektroniki kulionekana ikilinganishwa na sehemu mpya, hii inahitaji kushughulikiwa kikamilifu na utafiti zaidi. Sehemu za sumaku zinazotumiwa na ngozi za kielektroniki pia ni za juu sana na zinahitaji kupunguzwa. Kwa sasa kifaa kinatumia chanzo cha nje ambacho hakiwezekani sana, lakini inafaa kuwa na betri zinazoweza kuchajiwa tena, ndogo ili kuwasha kifaa badala yake. Dr.Xiao na timu yake wanataka kuboresha bidhaa hii na kuboresha ufumbuzi wa kuongeza kiwango ili angalau vikwazo vya kiuchumi viweze kupitishwa na ngozi hii ya kielektroniki iwe rahisi kutengeneza na kuweka kwenye roboti au vifaa bandia au vifaa vya matibabu au kitu kingine chochote.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
1. Zou Z et al. 2018. Ngozi ya kielektroniki inayoweza kurejeshwa, inayoweza kutumika tena, na inayoweza kubebeka ikiwezeshwa na nanocomposite inayobadilika ya thermoset. Maendeleo ya sayansi. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Ufuatiliaji wa Kuendelea wa Afya Kwa Vihisi Vinavyobadilika-badilika Kwenye Ngozi. Kongamano la Mkutano wa Mwaka wa AAAS, Austin, Texas, Februari 17, 2018.
