לגילוי של סוג חדש של "עור אלקטרוני" ניתן לעיבוד, ריפוי עצמי וניתן למחזור לחלוטין, יש יישומים נרחבים בניטור בריאות, רובוטיקה, תותבות ומכשירים ביו-רפואיים משופרים.
מחקר שפורסם ב התקדמות מדע מציג סקין אלקטרוני חדש (או פשוט e-skin) בעל תכונות רבות כולל גמישות, ריפוי עצמי ומיחזור מלא בהשוואה לאדם. עור1העור, האיבר הגדול ביותר שלנו, הוא הכיסוי הבשרני כאשר רואים אותו מבחוץ. העור שלנו הוא איבר רב-תכליתי שפועל כמגן אטום למים, מבודד ושומר על גופנו ממגוון סכנות או גורמים חיצוניים כגון שמש מזיקה. חלק מתפקידי העור הוא ויסות טמפרטורת הגוף, הגנה על הגוף מפני צריכת חומרים רעילים וגם הפרשת חומרים רעילים (יחד עם זיעה), תמיכה מכנית ואימונולוגית וייצור של החומרים המכריעים. ויטמין D שזה מאוד חשוב לעצמות שלנו. העור הוא גם חיישן ענק עם עצבים רבים לתקשר באופן מיידי עם המוח.
חוקרים ברחבי העולם עבדו על פיתוח סוגים וגדלים שונים של "לביש". e-skinsבמטרה לנסות לחקות ביולוגי העור ותפקידיו השונים. קיים צורך עז במכשירים גמישים וניתנים למתיחה לשילוב חלק עם עור אנושי רך ומתעקם. ננומטרי (10-9מ) חומרים יכולים לספק את הרבגוניות המכנית והחשמלית הנדרשת במקום הסיליקון הקשיח שבדרך כלל נעשה בו שימוש בעבר. הצוות בראשות ד"ר Jianliang Xiao מאוניברסיטת קולורדו, בולדר, ארה"ב פיתח בהצלחה עור אלקטרוני מלאכותי (e-skin) במטרה לתרגם את המגע החושי של העור האנושי לרובוטים ותותבות. הניסיון הזה הוא בכיוון של טכנולוגיה "לבישה" בעתיד שתהיה לה פוטנציאל וערך עצום בתחומי הרפואה, המדע וההנדסה.
E-skin: ריפוי עצמי וניתן למחזור
E-skin הוא חומר דק ושקוף בעל א רומן סוג של רשת פולימר דינמית קשורה קוולנטית, הנקראת polyimine, אשר רצועת בננו-חלקיקי כסף לשיפור חוזק מכני, יציבות כימית ומוליכות חשמלית. לעור האלקטרוני הזה מוטבעים גם חיישנים למדידת לחץ, טמפרטורה, לחות וזרימת אוויר. העור האלקטרוני הזה נחשב מדהים מכיוון שהוא שולב בתכונות רבות שהופכות אותו לחיקוי קרוב יותר של העור האנושי. הוא גמיש מאוד וניתן להציב אותו בקלות על משטחים מעוקלים (למשל זרועות ורגליים אנושיות, ידיים רובוטיות) על ידי הפעלת חום ולחץ מתונים עליו מבלי להכניס לחצים מוגזמים. יש לו תכונות ריפוי עצמי מדהימות שבהן עם כל חתך או נזק שנגרם על ידי נסיבות חיצוניות, העור האלקטרוני יוצר מחדש את הקשרים הכימיים בין שני הצדדים המופרדים משחזר את המטריצה לתפקוד התקין שלה וחוזר למצבה המלוכד המקורי.
אם ה-e-skin הזה הופך לבלתי שמיש בגלל נסיבות כלשהן, ניתן למחזר אותו לחלוטין ולהפוך אותו ל-e-skin חדש לגמרי על ידי הנחתו בפתרון מיחזור ש"מנזל" את החומר ה-e-skin הקיים והופך אותו ל-" חדש" e-skin. תמיסת מיחזור זו - תערובת של שלוש תרכובות כימיות זמינות מסחרית באתנול - מפרקת פולימרים וננו-חלקיקי כסף שוקעים בתחתית התמיסה. ניתן להשתמש בפולימרים המושחתים הללו מחדש לייצור e-skin פונקציונלי חדש. ריפוי עצמי ויכולת מיחזור זו הניתנת להשגה בטמפרטורת החדר מיוחסת לקשר הכימי של הפולימר המשמש. היתרון של רשת פולימרית של פולימין הוא שההפיך שלה וניתן לשבור ולמחזר בניגוד לרוב חומרי התרמוסטט הקונבנציונליים שלא ניתן לעצב מחדש או לעבד מחדש או למחזר בגלל הקשרים הבלתי הפיכים בתוך הרשתות הפולימריות המצולבות שלהם. זה חזק יותר מהעור האנושי עצמו והוא יכול לשמש כשיפור לו ולא תחליף. הוא גם נעים למגע ומרגיש כמעט כמו עור אמיתי שיכול להפוך אותו לסוכן כיסוי בעתיד, למשל מכשירים אלקטרוניים.
תכונות ידידותיות לסביבה וזולות בעלות של e-skin זכו לשבחים ו-e-skin כזה יכול להפחית במידה ניכרת את הפסולת האלקטרונית וההשפעה הסביבתית ויכול להיות שמיש מאוד ופופולרי בקרב יצרנים בתחומים שונים. למרות שזה אולי נשמע מופרך כרגע, טכנולוגיית שימוש חוזר זו יכולה להיות מיושמת באופן דומה גם על פריטי אלקטרוניקה ישנים. למעשה, עוקבי כושר וצגי בריאות מודרניים שניזקו פעם אחת מוסיפים להר ההולך וגדל של בעיות הקשורות לסביבה של פסולת אלקטרונית. ניתן לענוד את העור האלקטרוני על צווארנו או על פרקי הידיים שלנו ואלה יכולים להיות כמו חפצים לבישים גמישים או קעקועים זמניים ובכל פעם שהם נפגעים ניתן למחזר אותם ולעשות בהם שימוש חוזר. מכיוון שה-e-skin גמיש, ניתן לכופף ולפתל אותו וניתן להתאים אותו בהתאמה אישית לפי הלובש אותו. הטכנולוגיה פותחת אפיקים לאינטליגנטיים רובוטיקה בו ניתן לעטוף עור אלקטרוני כל כך נעים לתחושה ונוח סביב גופו של רובוט או איבר מלאכותי. לפרט, זרוע או רגל תותבת אשר עטופה בעור אלקטרוני זה יכולה לאפשר ללובש להגיב לשינויי טמפרטורה ולחץ בגלל החיישנים המרובים המשולבים בה. הידיים או הרגליים הרובוטיות המצוידות ב-e-skin כזה יכולות לגרום לרובוטים לפעול בעדינות יותר כלפי בני אדם ולהיות בטוחים ואמינים יותר. לדוגמה, e-skin יכול להיות מותאם במיוחד לרובוט המטפל בתינוק או קשיש שביר, וכך הרובוט לא יפעיל יותר מדי כוח. יישום נוסף של e-skin יכול להיות בסביבות מסוכנות או בעבודות בסיכון גבוה. סביר להניח שניתן להשתמש בטכנולוגיה זו עם לחצנים, פקדים או דלתות וירטואליים שיאפשרו כל פעולה ללא אינטראקציה פיזית אנושית, למשל בתעשיית חומרי נפץ או בקווי עבודה מסוכנים אחרים, וכך עשויה ה-e-skin הזה להפחית את הסיכויים של כל פגיעה אנושית.
הוספת תצוגה ל-e-skin
צוות חוקרים מאוניברסיטת טוקיו הוסיף לאחרונה תצוגה2(מיקרו-LED) עד דק במיוחד, מדבקות אלקטרוניות בסגנון פלסטר כדי לאפשר הצגה של סימנים שונים של ניטור בריאות בזמן אמת (למשל מדידת רמות גלוקוז באנשים עם סוכרת או צורת גל נע של אלקטרוקרדיוגרמה של לב חולה). לטלאים הללו יש חיווט הניתן למתיחה ולכן הם יכולים להתכופף או למתוח עד 45 אחוזים על סמך תנועת הלובש. אלה נחשבים כבעלי העיצוב הגמיש והעמיד ביותר בתקופה האחרונה. נשירה מתמשכת של תאי עור אנושיים עלולה לגרום לכך שהמדבקה עלולה ליפול לאחר מספר ימים, אך ניתן לעקוף זאת.
מחקר זה, בהובלת פרופסור טקאו סומיה, קובע כי ניתן בסופו של דבר להשתמש בתצוגה כזו כדי לאפשר קריאה ותקשורת של מידע רפואי בצורה חלקה וקלה לא רק עבור מטופלים אלא גם עבור בני משפחה, מטפלים ואנשי מקצוע בתחום הבריאות, באופן אישי או אפילו מרחוק. זה יקבל גם הודעות. החוקרים שואפים לשפר עוד יותר את האמינות של התיקון, להפוך אותו לחסכוני יותר וגם להגדיל את הייצור שלו לטווח רחב יותר ברחבי העולם. המטרה שלהם היא להשיק את המכשיר הזה בשוק עד סוף 2020.
אתגרים קדימה
הפיתוח של e-skin הוא מחקר חדשני מאוד מרגש, עם זאת, אחד המאפיינים הבסיסיים שלנו - גמישות ויכולת מתיחה - טרם הושג בהצלחה על-ידי e-skin. העור האלקטרוני רך אך לא נמתח כמו עור אנושי. לדברי המחברים, כפי שהוא נמצא החומר גם לא ניתן לשחזור בקלות. נצפתה ירידה קלה בביצועי החישה הכוללים במכשיר e-skin משוחזר/ממוחזר בהשוואה למודול חדש, צריך לטפל בזה במלואו עם מחקר נוסף. השדות המגנטיים המשמשים את e-skins הם גם גבוהים למדי וצריך להקטין אותם. נכון לעכשיו המכשיר מופעל ממקור חיצוני וזה מאוד לא מעשי, אבל צריך להיות אפשרי שיהיו סוללות נטענות וקטנות כדי להפעיל את המכשיר במקום. ד"ר שיאו והצוות שלו רוצים לחדד את המוצר הזה ולשפר את פתרון קנה המידה כך שלפחות ניתן יהיה לעבור את המשוכות הכלכליות, וצריך להיות קל יותר לייצור והצבה של העור האלקטרוני הזה על רובוטים או תותבות או מכשירים רפואיים או כל דבר אחר.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
1. זו ז וחב'. 2018. עור אלקטרוני שניתן לריפוי מחדש, ניתן למיחזור מלא וניתן לגימור על ידי ננו מרוכב דינמי קוולנטי. התקדמות מדע. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. ניטור בריאות רציף עם חיישני On-Skin Ultra גמישים. סימפוזיון מפגש שנתי של AAAS, אוסטין, טקסס, 17 בפברואר 2018.
