الألم

علماء يبتكرون جلدًا كهربائيًا يشبه الجلد الطبيعي في تفاعله مع الألم

طور باحثون جلدًا كهربائيًا اصطناعيًا يتفاعل مع الألم كالجلد البشري ليتيح إنتاج أطراف اصطناعية أفضل وروبوتات أذكى وإيجاد بدائل غير باضعة لطعوم الجلد.

طور فريق جامعة آر إم آي تي في ملبورن الأسترالية نموذجًا أوليًا للجهاز يحاكي كهربائيًا الطريقة التي يشعر بها الجلد البشري بالألم. ويقلد الجهاز استجابة الجسم للألم بالسرعة ذاتها التي تنتقل فيها الإشارات إلى الدماغ.

قاد البحث البروفيسور مادو باسكاران في خطوةً جديدة إلى مستقبل التقنيات الحيوية الطبية والروبوتات الذكية. وقال «يمتلك الجلد وهو أكبر عضو في الجسم تراكيب معقدةً تختص بإرسال إشارات تحذيرية سريعة عند وجود مؤثر مؤلم،»

وأضاف «يستشعر جلدنا بيئتنا المحيطة باستمرار، لكنه يطلق إشارات الألم عند ملامستنا أشياءً ساخنةً أو حادةً. لم تستطع التقنيات الحديثة تقليد الألم البشري حتى الآن، لكن ابتكارنا الفريد يتفاعل مباشرةً مع الضغط والحرارة أو البرودة.

يمثل الجهاز خطوةً نحو الأمام مستقبل تطوير أنظمة التلقيم التي تحتاج إليها البشرية لتصميم أطراف اصطناعية ذكية وروبوتات متطورة.»

علماء يبتكرون جلدًا كهربائيًا يشبه الجلد الطبيعي في تفاعله مع الألم
نموذج أولي لجهاز الاستشعار الشبيه بالجلد البشري مصنوع من كهربائيات لينة. حقوق الصورة: جامعة آر إم آي تي

نموذج أولي للاستشعار الوظيفي

طور الفريق بالإضافة إلى جهاز الإحساس بالألم أجهزةً أخرى باستخدام كهربائيات لينة تستشعر تغيرات الحرارة والضغط وتستجيب لها. وأوضح باسكاران المدير المساعد لفريق المواد الوظيفية والأنظمة الدقيقة لدى الجامعة إلى أن النماذج الأولية الوظيفية صممت لتقديم الخصائص الأساسية للإحساس في الجلد على هيئة كهربائية. يمثل الجلد الاصطناعي اللين بديلًا مستقبليًا لطعوم الجلد غير الباضعة عند فشل الطريقة التقليدية.

قال باسكاران «تحتاج التقنية إلى تطوير يسهل دمجها مع التطبيقات الطبية الحيوية، علمًا أنها تتمتع بالخصائص الأساسية مثل التوافق الحيوي وليونة الجلد.»

صناعة الجلد الكهربائي

جمع البحث الذي نشر في دورية أدفانسد إنتليجنت سيستمز بين ثلاث تقنيات طورها الفريق سابقًا وحصل على براءة اختراع لها، وهي:

كهربائيات لينة: يؤدي دمج مواد أكسيد مع سيليكون متوافق حيويًا إلى إنتاج كهربائيات شفافة ولينة قابلة للارتداء مثل الشريط اللاصق.

غلاف يتفاعل مع الحرارة: وهو غلاف ذاتي التعديل يضاهي دقة الشعرة البشرية بألف مرة ويتحول استجابةً للحرارة.

ذاكرة تقلد ذاكرة الدماغ: تقلد خلايا ذاكرة كهربائية سلوك الدماغ في تخزين الذاكرة طويلة الأمد لاسترجاع المعلومات السابقة.

علماء يبتكرون جلدًا كهربائيًا يشبه الجلد الطبيعي في تفاعله مع الألم
تتمتع النماذج الأولية المطورة بخصائص الجلد البشري الأساسية. حقوق الصورة: جامعة آر إم آي تي

يجمع النموذج الأولي لحساس الضغط بين الكهربائيات اللينة وخلايا الذاكرة طويلة الأمد في حين أن حساس الحرارة يضم خلايا الذاكرة والغلاف المتفاعل مع الحرارة. أما حساس الألم فهو يجمع بين التقنيات الثلاث.

وبيّن باحث الدكتوراه أتاور رحمان إلى أن خلايا الذاكرة مسؤولة عن إطلاق استجابة عند تطبيق وصول الضغط أو الحرارة أو الألم عتبة التنبيه. وقال «ابتكرنا أول حساسات جسدية كهربائية تحاكي الخصائص الأساسية للخلايا العصبية والسبل والمستقبلات التي تنظم إدراكنا للمؤثرات الحسية،» وأضاف «صحيح أن بعض التقنيات استعانت بالإشارات الكهربائية لمحاكاة مستويات الألم المختلفة، لكن أجهزتنا المبتكرة تستجيب للضغط الميكانيكي والألم والحرارة بردة فعل مناسبة. ما يعني أن جهازنا يفرق بين الضغط البسيط والعميق، وهو تمييز لم يصل إليه أي جهاز آخر.»

– المصدر: علماء يبتكرون جلدًا كهربائيًا يشبه الجلد الطبيعي في تفاعله مع الألم على موقع مرصد المستقبل.

مرصد المستقبل

مرصد المستقبل هي منصة علمية عالمية لاستشراف المستقبل تعمل على تغطية آخر ما توصل له العلم وقطاع التكنولوجيا باللغة العربية بشكل يومي من خلال المقالات البحثية والإنفوجرافيك والمواد المرئية. المرصد هو ناتج شراكة استراتيجية بين مؤسسة دبي للمستقبل وشركة مرصد المستقبل ذ.ذ.م. يتكون فريق العمل من خبراء ومحللين من كلتا المؤسستين لتعزيز العلم والابتكار في المنطقة.