ساخت پوستی مصنوعی منحصربه‌فرد
مجله علمی ایلیاد - گروهی از مهندسان و دانشمندان در کلتک و ETH زوریخ پوستی مصنوعی ساختند که قادر به تشخیص تغییرات دمایی با استفاده از مکانیزمی شبیه به چیزی که توسط عضوی که مارهای افعی را قادر به حس کردن شکارشان می‌سازد، است. این ماده قابلیت پیوند به اندام پروتز شده به‌منظور بازیابی احساس دما در قطع عضوی‌ها را دارا است. همچنین می توان آن‌را به بانداژهای کمک‌های اولیه برای هشدار به متخصصان سلامت از افزایش دما در زخم‌ها که نشانه‌ای از عفونت است، اعمال کرد. مقاله‌ای در باب این ماده‌ی جدید در مجله‌ی Science Robotics در اول فوریه به چاپ خواهد رسید.
گروهی که توسط «کیارا دارایو» در کلتک رهبری می‌شد در حین ساخت چوب‌های ترکیبی، ماده‌ای پدید آوردند که پاسخی الکتریکی به تغییرات دمایی آزمایشگاه از خود به نمایش گذاشت. معلوم شد جزء مسئول این حساسیت دمایی «پکتین»، مولکولی بلند زنجیر که در دیواره‌های سلول گیاهی وجود دارد، بود. دارایو پروفسور مهندسی مکانیک و فیزیک کاربردی در حیطه‌ی مهندسی و علم کاربردی می‌گوید: «پکتین به‌طور گسترده در صنایع غذایی به عنوان عامل نرم‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای درست کردن مربا از آن بهره می‌گیرند. به‌دست آوردنش راحت و همچنین بسیار ارزان است.»
گروه که شیفته و کنجکاو شده بود توجه‌اش را معطوف پکتین کرده و در نهایت پرده‌ی نازک شفاف و منعطفی از پکتین و آب پدید آورد که ضخامت آن می‌تواند به نازکی ۲۰ میکرومتر، معادل ضخامت قطر موی انسان، باشد. مولکول‌های پکتین در این پرده‌ی نازک ساختار دورشته‌ای با پیوندی ضعیف دارند که شامل یون‌های کلسیم است. هنگامی که دما افزایش می‌یابد این پیوندها شکسته و دو رشته مثل زیپ از هم باز و یون های مثبت شارژ شده کلسیم را آزاد می‌کنند. افزایش تمرکز یون‌های کلسیم آزاد یا افزایش تحرک‌شان، محققان باور دارند که هر دو این عوامل، منجر به کاهش مقاومت الکتریکی در سراسر ماده شده که می‌توان آن‌را با یک مولتی‌متر متصل به الکترودهای جای‌گذاری شده در پرده‌ی نازک تشخیص داد.
پرده‌ی نازک از مکانیزمی مشابه، اما نه یکسان، با عضوهای مشابه‌ی مارهای افعی که آن‌ها را قادر به حس کردن گرمای شکار در تاریکی به وسیله‌ی تشخیص گرمای متصاعد شده می‌کند، بهره می‌برند. در آن عضوها کانال‌های یونی غشا سلول فیبرهای نورون حسی با افزایش دما منبسط می‌شوند. این اتساع به کلسیم مجال جریان یافتن داده و تکانه‌های الکتریکی را فعال می‌سازد. پوست‌های الکترونیکی موجود می‌توانند تغییرات دمایی کمتر از ۰.۱ درجه‌ی سلسیوس را در مقیاس دمایی ۵ درجه‌ای حس کنند. پوست‌های جدید قادر به احساس تغییراتی هستند که از نظر مرتبه‌ی بزرگی کوچک‌تر بوده و پاسخ‌دهی‌شان دو مرتبه‌ی بزرگ‌تر از دیگر پوست‌های الکتریکی در مقیاس دمایی ۴۵ درجه‌ای است.
تا به اینجا این پوست قادر به تشخیص این تغییرات بسیار ریز در مقیاس دمایی تقریبا بین ۵ تا ۵۰ درجه‌ی سلسیوسی است که برای ابزار روباتیک و برنامه‌های کاربردی پزشکی مفید است. پس از این گروه دارایو مایل به افزایش آن تا ۹۰ درجه‌ی سلسیوس است. این امر موجب مفید واقع شدن حسگرهای پکتین برای برنامه‌های کاربردی صنعتی از جمله حسگرهای حرارتی در مصارف الکترونیکی یا پوست‌های روباتیکی به‌منظور تقویت تعاملات انسان و روبات می‌شود. برای انجام این امور لازم است فرآیند ساختی که در حال حاضر برای تولید این ماده به‌کار می‌رود را تغییر دهند؛ چرا که این فرآیند منجر به حضور آب، که در دماهای بالا جوشیده یا تبخیر شده می‌شود.
نوشته: CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ترجمه: مجله علمی ایلیاد