تجمع مادة جديدة صممها باحثون في كلية العلوم التطبيقية والهندسة بجامعة تورنتو بين مرونة جلد الإنسان والتوصيل المحسن والتسامح مع درجات حرارة منخفضة تصل إلى -93 درجة مئوية.
يمكن للمادة المعروفة باسم الجلد الأيوني ، أو iSkin ، أن تعزز مجموعة واسعة من التقنيات - من الإلكترونيات القابلة للارتداء إلى الروبوتات اللينة. المادة التي تنتمي إلى عائلة من المواد تسمى الهلاميات المائية.
يقول Binbin Ying ، الذي يكمل الآن عمل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لكنه قاد تصميم المادة أثناء متابعة الدراسات العليا في جامعة ماكجيل وتعمل في نفس الوقت كطالب دكتوراه زائر في مختبر U of T Engineering الأستاذ Xinyu Liu.
"العديد من الأنسجة في أجسامنا هي الهلاميات المائية ، لذلك غالبًا ما تستخدم في التطبيقات التي يكون فيها التوافق الحيوي مهمًا مثل مستحضرات التجميل أو هندسة الأنسجة. ولكن إذا أردنا استخدامها في الإلكترونيات اللينة أو المرنة أو القابلة للارتداء ، فنحن بحاجة إلى إضافة وظائف جديدة مثل التمدد الميكانيكي والتوصيل الكهربائي. "
في العام الماضي ، كشف Ying و Liu النقاب عن نسخة سابقة من iSkin أظهر بعضًا من قدراته: فهو يعمل بالطاقة الذاتية وغير سام ويمكن أن يمتد إلى 400٪ من حجمه الأصلي.
الأهم من ذلك ، أن ثني المادة يخلق تغييرًا نسبيًا في الموصلية. وهذا يمكّنها من تحويل الحركة الجسدية إلى إشارة كهربائية مماثلة.
يقول ليو: "يمكن لأخصائي العلاج الطبيعي أن يضعه على ركبتك أو مرفقك ليقيس متى ومدى تحرك مفصلك". "لقد قمنا أيضًا بتغطيته على قفاز ، مما يمكننا من قياس وتتبع حركات اليد ، والتي بدورها يمكن استخدامها للتحكم في الروبوت. إنها طريقة متعددة الاستخدامات لتسهيل جميع أنواع التفاعلات بين الإنسان والآلة ".
بفضل مساهمات الطلاب الجامعيين Ryan Chen و Runze Zuo ومرشح الدكتوراه Zhanfeng Zhou ، يستكشف الباحثون تطبيقات أخرى لـ iSkin. على سبيل المثال ، توفر إضافة رقع من المادة إلى القابض الميكانيكي مجموعة من إشارات التغذية الراجعة التي تكون فريدة لكل عنصر يتم إمساكه. يمكن أن يؤدي تحليل مجموعات الإشارات إلى تمكين الروبوت من "الشعور" بما يلتقطه. بالاقتران مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي ، يمكن للروبوت أن يتعلم التمييز بين العناصر الصلبة مقابل اللينة ، والدائرية مقابل المكعبة ، وما إلى ذلك - وفرزها بشكل مناسب.
حتى الآن ، عانى iSkin من عيب شائع لجميع الهلاميات المائية: عندما يتجمد الماء بداخله ، يمكن أن تلحق بلورات الجليد الناتجة أضرارًا جسيمة بمصفوفة البوليمر المعقدة. يمكن للهواء الجاف البارد أيضًا أن يمتص الماء السائل المتبقي من الهيدروجيل.
عالج ينج وفريقه المشكلة بإضافة الجلسرين ، وهي مادة كيميائية غير سامة تستخدم عادة في كل شيء من الأطعمة إلى جل الشعر. بعد اختبار مئات الوصفات الممكنة بعناية ، طوروا تركيبة iSkin جديدة تزيد من تحمل البرودة دون التضحية بالخصائص المفيدة الأخرى للمادة.
كمكافأة إضافية ، تتيح الصيغة الجديدة للهيدروجيل الالتصاق بسهولة أكبر بكل من الجلد والملابس والمواد الأخرى.
يقول ينغ: "لقد وضعناها في الجزء الخارجي من سترة وخرجنا في شتاء تورنتو ، حيث كانت درجة الحرارة 10 درجات تحت الصفر". "تمكنا من إجراء نفس أنواع القياسات كما فعلنا في المختبر."
يزيد التحمل البارد والالتصاق المحسن من قائمة التطبيقات الممكنة للمادة. على سبيل المثال ، يمكن أن يعمل القابض الميكانيكي للفرز الآن في منشأة تخزين ذات درجة حرارة منخفضة حيث سيكون من غير المريح للإنسان أن يعمل.
يتصور الفريق أيضًا احتمالات أخرى ، بما في ذلك لينة الروبوتات مصممة للتسلق فوق التضاريس الوعرة في بيئات القطب الشمالي. في المستقبل ، يخططون لمواصلة تطوير المواد وربما تصغيرها.