جلد إلكتروني مقاوم للماء بقدرات هائلة على التشافي الذاتي

تكون المادة الشبيهة بالجلد (جلد إلكتروني) موصلة وشفافة ويمكنها إصلاح نفسها بنفسها إما في الهواء أو حتى عند غمرها في الماء

قام البروفيسور المساعد تي Asst Prof Tee  (الصف الخلفي ، يمين) وفريقه بإنشاء جلد إلكتروني شفاف يعمل على إصلاح نفسه في كل من الظروف الرطبة والجافة.

استلهم فريق من العلماء من جامعة سنغافورة الوطنية (NUS)  

the National University of Singapore

  من  مجموعة من اللافقاريات التي تعيش  تحت الماء مثل قنديل البحر، فكرة إنشاء جلد إلكتروني بوظائف مماثلة  للجلد الطبيعي .

ويتميز الجلد (جلد إلكتروني) تماماً مثل قناديل البحر بالشفافية، و القدرة على المط، و الحساسية المباشرة باللمس، و كذلك الشفاء الذاتي في البيئات المائية ، ويمكن استخدامه في كل شيء بدءاً من شاشات اللمس المقاومة للماء وحتى الروبوتات المائية الناعمة.

و قد قام بهذا الابتكار كل من الأستاذ المساعد بنيامين تي

Benjamin Tee

وفريقه من قسم علوم وهندسة المواد في كلية الهندسة في جامعة سنغافورة الوطنية

Department of Materials Science and Engineering at the NUS Faculty of Engineering

بتطوير المواد ، بالتعاون مع كل من جامعتي تسينغهاوا

Tsinghua University

وجامعة كاليفورنيا ريفر سايد University of California Riverside .

و قد قضى الفريق المؤلف من ثمانية باحثين أكثر من عام بقليل في تطوير المادة ، وتم الإبلاغ عن اختراعها لأول مرة في مجلة الإلكترونيات الطبيعية Nature Electronics في الخامس عشر 15  من فبراير 2019.

تستخدم مواد الشفاء الذاتي الشفافة والمقاومة للماء لتطبيقات واسعة النطاق :

لقد عمل البروفيسور المساعد تي Tee  على الجلود الإلكترونية لسنوات عديدة ،كما كان جزءاً من الفريق الذي طور أول مستشعرات إلكترونية للشفاء الذاتي في عام 2012.

حيث قادته تجربته في هذا المجال إلى تحديد العقبات الرئيسية التي لم تتغلب عليها الجلود الإلكترونية الشافية بعد .

وقال "إن أحد التحديات التي تواجه العديد من مواد الشفاء الذاتي اليوم هي أنها غير شفافة ولا تعمل بكفاءة عندما تكون رطبة".

و يضيف أيضاً : " إن هذه العيوب تجعلها أقل فائدة للتطبيقات الإلكترونية مثل شاشات اللمس التي غالباً ما تحتاج إلى استخدامها في الأحوال الجوية الرطبة."

وتابع قائلاً: "ومع أخذ هذه الفكرة بعين الاعتبار ، بدأنا ننظر إلى قناديل البحر الهلامية - فهي شفافة وقادرة على استشعار البيئة الرطبة.

 و لذلك ، فقد تساءلنا كيف نستطيع صنع مادة اصطناعية يمكنها محاكاة الطبيعة المقاومة للماء في قنديل البحر على أن تبقى حساسة للمس كـ جلد إلكتروني ".

وبسبب عملهم المتواصل و الدؤوب ، فقد نجحوا في هذا المسعى، و ذلك من خلال إنشاء هلام يتكون من بوليمر أساسه الفلوروكربون

fluorocarbon-based polymer

مع سائل أيوني غني بالفلور

fluorine-rich ionic liquid

.  إذ أنه وعند الجمع بين هاتين المادتين ، تتفاعل شبكة البوليمر مع السائل الأيوني عبر تفاعلات ثنائية الأيونات ثنائية القطب قابلة للانعكاس ، مما يسمح لها بالشفاء الذاتي.

و لمعرفة مزايا هذا التكوين ، أوضح الأستاذ تي قائلاً :  "إن معظم المواد الهلامية الموصلة بالبوليمر مثل الهلاميات المائية سوف تنتفخ عندما تغمر في الماء أو تجف مع مرور الوقت في الهواء. ولذلك فإن

"

الجيل القادم من الروبوتات الناعمة :

يتم إنشاء جلد إلكتروني عن طريق طباعة المواد الجديدة في دوائر إلكترونية. ولكونها مادة ناعمة ومطوية ، تتغير خواصها الكهربائية عند لمسها أو الضغط عليها أو توترها.  و يشرح هنا البروفيسور المساعد تي

Tee

هذه الخاصية بقوله  : "يمكننا بعد ذلك قياس هذا التغيير ، وتحويله إلى إشارات كهربائية قابلة للقراءة لإنشاء مجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار المختلفة "

و يضيف البروفسور تي Tee، والذي يعمل أيضاً في كل من قسم الهندسة الكهربائية  

NUS' Department of Electrical  

وهندسة الحاسبات

Computer Engineering

، والمعهد الطبي الحيوي للبحوث الصحية العالمية والتكنولوجيا (BIGHEART) في جامعة سنغافورة الوطنية

Biomedical Institute for Global Health Research and Technology (BIGHEART) at NUS

 : "  إن قابلية الطباعة ثلاثية الأبعاد لموادنا  تظهر أيضاً إمكانية إنشاء لوحات دوائر شفافة بالكامل و التي من الممكن استخدامها في التطبيقات الآلية.  و نحن نأمل أن يتم استخدام هذه المواد لتطوير تطبيقات مختلفة في أنواع ناشئة من الروبوتات الناعمة" .

وتهدف الروبوتات الناعمة والإلكترونيات الناعمة عموماً إلى محاكاة الأنسجة البيولوجية لجعلها أكثر توافقاً من الناحية الميكانيكية للتفاعلات بين الإنسان والآلة.

• تتيح تقنية مقاومة المواد الجديدة (جلد إلكتروني) هذه بالإضافة إلى تطبيقات الروبوت الآلي التقليدية، تصميم روبوتات برمائية وإلكترونيات مقاومة للماء .
• و من المزايا الأخرى لهذا الجلد الإلكتروني ذي تقنية الشفاء الذاتي إمكانية امتلاكه القدرة على تقليل الهدر. حيث أوضح البروفيسور المساعد تي Tee  ذلك بقوله : "يتم إنتاج ملايين الأطنان من النفايات الإلكترونية من الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية المعطلة و غيرها الكثير في كل عام ، ونأمل في خلق مستقبل يمكن فيه أن تؤدي الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من مواد ذكية وظائف الإصلاح الذاتي للحد من كمية النفايات الإلكترونية في العالم ".

يقول البروفسور تي  Teeنأمل في خلق مستقبل يمكن فيه أن تؤدي الأجهزة الإلكترونية المصنوعة من مواد ذكية وظائف الإصلاح الذاتي للحد من كمية النفايات الإلكترونية في العالم

الخطوات المستقبلية :

و هكذا ، سيستمر البروفيسور المساعد  تي

Tee

وفريقه في بحثهم، وهم يأملون في استكشاف المزيد من إمكانيات هذه المواد في المستقبل. و يقول مختتماً : " إننا في الوقت الحالي ، سنقوم بالاستفادة من الخصائص الشاملة للمواد وذلك من أجل صنع الأجهزة البصرية الالكترونية الجديدة، والتي يمكن استخدامها في العديد من واجهات التوافق و التوائم بين الإنسان والآلة الجديدة."