أدوات استشعار ثورية مستوحاة من حرير العنكبوت

صديقة للبيئة وتوظف للمراقبة الصحية المتواصلة

ابتكر باحثون في جامعة كمبريدج طريقة رائدة لإنشاء أدوات استشعار قابلة للتكيف وصديقة للبيئة يمكن طباعتها بشكل غير محسوس على مجموعة متنوعة من الأسطح البيولوجية... من جلد الإنسان إلى بتلات الزهور الحساسة.

أدوات استشعار عنكبوتية

وهذه الأدوات مستوحاة من خصائص اللصق المتكيفة لحرير العنكبوت. وتشتمل هذه المستشعرات، التي يشار إليها باسم مستشعرات «حرير العنكبوت»، على إلكترونيات حيوية لتوفير قدرات استشعار متعددة الاستخدامات. وتتميز أليافها، التي تكون أرق بـ50 مرة على الأقل من شعرة الإنسان، بأنها خفيفة الوزن بشكل استثنائي. ويتيح ذلك طباعتها مباشرة على الهياكل الحساسة مثل رأس بذور الهندباء دون التسبب في أي ضرر.

وعند تطبيقها على جلد الإنسان، تتكيف مستشعرات الألياف مع سطح الجلد وتكشف مسام العرق، ما يجعلها غير قابلة للاكتشاف تقريباً لمرتديها. تشير الاختبارات التي أجريت على أصابع الإنسان إلى إمكانية استخدامها أدواتٍ للمراقبة الصحية المتواصلة.

يمكن لهذه الطريقة المبتكرة ومنخفضة الانبعاثات أن تحدث ثورة في مجالات مثل الرعاية الصحية، والواقع الافتراضي، والمنسوجات الإلكترونية، والرصد البيئي.

وقد عرضت نتائج الابتكار في مجلة «Nature Electronics». على الرغم من الحساسية الملحوظة التي يتمتع بها جلد الإنسان، فإن دمجه مع أجهزة الاستشعار الإلكترونية يمكن أن يغير تفاعلنا مع البيئة.

على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الاستشعار المطبوعة مباشرة على الجلد أن تمكننا من المراقبة الصحية المستمرة، أو تعزيز فهمنا لأحاسيس الجلد، أو رفع مستوى الواقعية في تطبيقات الألعاب والواقع الافتراضي.

غالباً ما تكون التقنيات القابلة للارتداء الحالية والمزودة بأجهزة استشعار مدمجة، مثل الساعات الذكية، غير مريحة ومزعجة، ما يعيق الأحاسيس الطبيعية للبشرة. وقال البروفسور يان يان شيري هوانغ من قسم الهندسة في كمبريدج، الذي قاد البحث: «إذا كنت تريد أن تستشعر بدقة أي شيء على سطح بيولوجي مثل الجلد أو ورقة الشجر، فإن الواجهة بين الجهاز والسطح أمر حيوي... نريد أيضاً إلكترونيات حيوية غير محسوسة تماماً للمستخدم، بحيث لا تتداخل بأي شكل من الأشكال مع كيفية تفاعل المستخدم مع العالم، ونريدها أن تكون مستدامة ومنخفضة النفايات».

استشعار بيولوجي

والمعروف أن الأساليب الحالية لصنع أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء لها قيود كبيرة؛ إذ تُطبع الإلكترونيات المرنة عادة على أغشية بلاستيكية تمنع الغازات والرطوبة، على غرار تغليف الجلد بالبلاستيك. ولا تزال التطورات الحديثة في مجال الإلكترونيات المرنة، والتي تشبه الجلود الاصطناعية، تتداخل مع الإحساس الطبيعي، وتعتمد على عمليات التصنيع كثيفة الاستهلاك للطاقة والنفايات. ومن جهتها توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد بديلاً أقل إهداراً للإلكترونيات الحيوية، ولكنها تؤدي إلى أجهزة أكثر سمكاً يمكن أن تعيق الوظيفة الطبيعية. أما غزل الألياف الإلكترونية فيمكن أن ينتج أجهزة غير محسوسة، إلا أنها تفتقر إلى الحساسية العالية والتعقيد ويصعب نقلها إلى الجسم المستهدف.

وتعد أجهزة الاستشعار الجديدة التي طورها فريق كمبريدج بالتغلب على هذه القيود، مما يوفر حلاً مستداماً وحساساً وسهل الاستخدام لمجموعة واسعة من التطبيقات.