חוקרים באוניברסיטת המלך עבדאללה בסעודיה הצליחו לפתח עור אלקטרוני (e-skin) שאמור ליטול תפקיד חשוב בדור הבא של יישומים עתידיים כגון רפואה מותאמת אישית, תותבות, בינה מלאכותית ורובוטיקה רכה
[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]
חומר המחקה עור אנושי? יכולת מתיחה, חוזק ורגישות הן תכונות הניתנות לניצול על מנת לאסוף נתונים ביולוגיים בזמן אמת. מסביר החוקר הראשי ינצ’ן קאי, פוסט דוקטורנט באוניברסיטת המלך עבדאללה בסעודיה (KAUST): “עור אלקטרוני אידיאלי אמור לחקות את התפקודים הטבעיים הרבים של עור אנושי, למשל, חישת טמפרטורה ומגע, באופן מדויק ובזמן אמת”. אולם, פיתוח של רכיבי אלקטרוניקה גמישים המסוגלים לבצע מטלות עדינות שכאלו, בעודם עומדים איתן בקשיים ובאתגרים הניצבים מולם בחיי היומיום, הוא תחום מאתגר, ובנוסף – כל חומר המעורב בכך חייב להיות מתאים ברמה הגבוהה ביותר.
רוב סוגי העורות האלקטרוניים מתקבלים כתוצאה מפריסת שכבה של ננו-חומר פעיל (החיישן) על גבי משטח נמתח הנקשר לעור אנושי. אולם, החיבור בין שכבות אלו הוא בדרך כלל חלש, עובדה המפחיתה את העמידות והרגישות של החומר; לחילופין, אם החיבור חזק מדי, הגמישות הופכת למוגבלת, עובדה שעלולה לגרום לסידוק ושבירת המעגל. “התחום של רכיבי אלקטרוניקה המחקים את פעילות העור ממשיך להתפתח בקצב מרהיב”, אומר החוקר הראשי. “הפיתוח של חיישנים דו-מימדים האיץ את המאמצים להמיר את החומרים החזקים מכאנית בעלי עובי חד-אטומי אלו לכדי עור מלאכותי מתפקד ויציב”.
“הידרוג’לים מכילים יותר מ-70% מים, עובדה ההופכת אותם למתאימים ביותר לרקמות של עור אנושי”
צוות החוקרים הצליח לפתח כעת עור אלקטרוני יציב תוך שימוש בהידרוג’ל המחוזק בננו-חלקיקי סיליקה בתור מצע חזק וגמיש, בשילוב עם קרביד טיטאניום דו-מימדי (MXene, תרכובות אי-אורגניות דו-ממדיות, וויקיפדיה) בתור שכבת החישה, הקשורים יחדיו בעזרת ננו-חוטים בעלי מוליכות חשמלית גבוהה. “הידרוג’לים מכילים יותר משבעים אחוזים של מים, עובדה ההופכת אותם למתאימים ביותר לרקמות של עור אנושי”, מסביר החוקר. על ידי מתיחת ההידרוג’ל לכל הכיוונים, תוך שימוש בשכבה של ננו-חוטים, ואז תוך בקרה קפדנית על השחרור שלהם, החוקרים יצרו נתיבים מוליכים לשכבת החישה שנותרה שלמה אפילו לאחר מתיחתה פי 28 מגודלה המקורי.
אב הטיפוס של העור האלקטרוני שלהם מסוגל לחוש עצמים הנמצאים במרחק של עשרים סנטימטרים ממנו, להגיב לגירוי תוך פחות מעשירית השנייה, וכאשר נעשה בו שימוש בתור חיישן לחץ, הוא מסוגל לחוש בכתב יד שנכתב עליו. העור המשיך לפעול כראוי גם לאחר 5000 פעמים של עיוותי צורה, תוך שהוא חוזר לפעילות לאחר כרבע השנייה בכל פעם מחדש. “זהו הישג חסר תקדים שעור אלקטרוני מצליח לשמור על היציבות שלו גם לאחר שימוש חוזר שוב ושוב”, אמר החוקר, “ממצא שמעיד על קבלת חיקוי מדויק באשר לאלסטיות והשיקום המהיר של עור אנושי”.
עור אלקטרוני שכזה יוכל לנטר קשת של מידע ביולוגי, לדוגמה – שינויים בלחץ הדם, שיכולים להיגרם בעקבות תנודות בעורקים, ועד לתנועות של גפיים ומפרקים גדולים. את הנתונים הללו ניתן יהיה לשתף ולאחסן בענן דרך רשתות אלחוטיות.
“אחת מהמהמורות שעדיין נותרו מבחינת הפצה מהירה ויעילה של עור אלקטרוני היא הגדלת ממדי החיישנים בעלי כושר ההפרדה הגבוה לממדים מציאותיים”, אמר אחד מהחוקרים, “יחד עם זאת, הדפסה תלת-ממדית בעזרת לייזר מציעה אפשרויות חדשות בתחום זה”. “אנו צופים שטכנולוגיה זו תשגשג מעבר לתחום הביולוגיה בלבד”, אמר החוקר הראשי. “משטחי חישה ברי מתיחה יוכלו ביום מן הימים לנטר את השלמות המבנית של עצמים דוממים, כגון רהיטים ומטוסים”, מוסיף ואומר החוקר.
