Table of Contents
مقدمة: مستوى الاستشعار الاصطناعي
إن الحلم بإنشاء آلات وأطراف صناعية قادرة على أن تتحول إلى حقيقة إلى ، وتهيئة بيئة لها ما زالت تشكل تحديا كبيرا، وبشرة البشر هي نظام غير عادي لا يحمي جسدنا فحسب، بل يوفر أيضا تدفقا ثابتا من البيانات الحسية: الضغط، والنسيج، ودرجة الحرارة، واليقظة، وحتى التسبب في حدوث اضطرابات في المستقبل.
وفي الوقت الذي ينتقل فيه الآليون من المصانع إلى المنازل والمستشفيات ومناطق الكوارث، فإنهم بحاجة إلى التفاعل مع بيئات حساسة وغير متوقعة، وهو آلي لا يمكن أن يشعر بعطف المصافحة أو زلزال الأرض الرطبة، يكون في وضع غير مؤات، وبالمثل، فإن المستعملين الاصطناعيين الحديثين يطالبون أكثر من مجرد قبضة آلية؛ ويريدون جهازاً للكشف يشعر بأنه جزء طبيعي من جسمهم، مما يوفر الثقة الحقيقية.
التكنولوجيات الأساسية خلف الجلد الإلكتروني الحديث
المضبوطات الفرعية المرنة والمستقرة
ولا يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار التقليدية القائمة على الصلصال الصلبة متوافقة مع السطح المكشوف أو تحمل الرواسب المتكررة.() وتبنى هذه المركبة الإلكترونية اليوم على مبان فرعية شديدة المرونة مثل البوليميد ، [وحتى على طول الجسم]
نانويات - بارسينغ لايرز
The sensitivity of e-skin is dramatically enhanced by the use of nanomaterials. Carbon nanotubes (CNT)[FoxreT:1], ]graphene, and metal nanowires[Fwire:5]
خدمات الصحة الذاتية والمواد المتوافقة مع البيئة
ومن أكثر التطورات إثارة إنشاء هذه الشبكة التي يمكن إصلاحها بعد وقوع الضرر، حيث قام الباحثون باستحداث شبكات متعددة الزمانات ذات روابط متزامنة دينامية أو تفاعلات فوقية تعاد تشكيلها عند قطعها أو تركيبها، مثلاً، قام فريق من جامعة كولورادو بولدر بإنشاء نظام للتغطية الذاتية يحافظ على القدرة على السلوك بعد أن يُمزق.
السلطة اللاسلكية ونقل البيانات
Integrating e-skin into Robic or prosthetic systems requires more than just sensors; it needs seamless communication. Wireless technologies such as Near- Field Communication (NFLT:1] and Bluetooth Low Energy (BLET:3)
آخر انجازات في بحوث الجلد الإلكتروني
الاستشعار المتعدد الوسائط: المس، درجة الحرارة، الكيمياء
ومن الناحية التاريخية، لا يمكن أن تقيس معظم نماذج الاختبار الإلكتروني إلا نوع واحد من أنواع الحوافز، مثل الضغط أو درجة الحرارة، ويدمج أحدث جيل من الجلد الإلكتروني طرائق الاستشعار المتعددة في فيلم واحد مدمج، وعلى سبيل المثال، قام الباحثون في الجامعة الوطنية في سنغافورة بوضع قفاز متحرك بمجسات متناثرة تكشف في وقت واحد عن الضغط ودرجة الحرارة والرطوبة، وهذه التغذية المضاعفة هي أمر حاسم بالنسبة للأجسام الآلية
مقصّر الألم وميكرو
ومن الاتجاهات المفاجئة إدماج مُستشفيات الصنع التي تُقلل من الاستجابة للألم البشري، فالألم يمثل آلية وقائية أساسية، يُنبهنا إلى الضرر المحتمل للأنسجة، وبالنسبة للآليين، ولا سيما أولئك الذين يعملون جنباً إلى جنب مع البشر، فإن القدرة على كشف القوة المفرطة أو درجات الحرارة الضارة يمكن أن تمنع الحوادث.() وفي ورقة عام 2024 في المواد العاملة المحترقة [FLT:]
إدماج التعلم في مجال الترجمة الشفوية
The raw data from e-skin sensors is often noisy and high-dimensional. To transform this data into meaningful tactile perceptions, researchers are turning to machine learning[FL:1] algorithms, particularly convolutional networks (CNNlongs)[FLimT:3]
الطلبات في مجال الروبوتات: ما بعد اللمسات البسيطة
Cobots) وتفاعل إنساني آمن)
ومن أكثر التطبيقات واعدة في مجال الروبوتات التعاونية، حيث تعمل الآلات جنباً إلى جنب مع البشر، وتُغلق الأجهزة الصناعية التقليدية لأسباب تتعلق بالسلامة، لأنها لا تستطيع أن تشعر بالاتصال غير المقصود، فمع وجود أفراد من الكوكائين الإلكترونية يكتسبون شعوراً مُلتفياً بالجسد الاصطناعي () يتيح لهم كشف الاصطدامات على الفور وتعديل قوتهم أو التوقف تماماً.
الأجهزة الطبية والمساعدة الجراحية
وفي الروبوتات الجراحية، كثيراً ما تفتقد التغذية الارتجاعية إلى الحساسية عندما تعمل عن بعد من خلال مجموعة من الوصلات، ويمكن أن يُنقل الجلدي الذي يوضع على معلومة من الأدوات الآلية معلومات عن شد الأنسجة، ومقاومة الإبرة، بل والحرارة التي تولدها التخدير، ويتيح هذا الارتداد للجراحين أن يُحدثوا شقاً أكثر دقة ويتجنبوا إتلاف الأعضاء الحساسة.
الإنسان والتفاعل الاجتماعي
ويستخدم الإنسان الآلي الذي يتفاعل مع الناس الذين ينتقلون من خدمة العملاء ثمار الدعم العاطفي التي يحتاجها لفهم اللمسات، كما أن الروبوت الذي يمكن أن يميز بين رعاة مريحة، ودفعة قوية، وروبية عالية المستوى يمكن أن يستجيب على النحو المناسب.
التطبيقات الاصطناعية: استعادة الإحساس بالمس
الضغط والنسخ
(ب) بالنسبة للمبتدئين، فإن فقدان التغذية الحسية يُعتبر في كثير من الأحيان أكثر فساداً من فقدان وظيفة آلية، وبدون شعور، يجب أن يعتمد المستعملون الاصطناعيون على الوساط البصري لقياس قوة الصابورة أو السحق العرضي.
تنظيم الميول وتجنب الألم
والاستشعار الحراري عنصر حاسم آخر، إذ أن القرينة الإلكترونية التي يمكن أن تقيس تغيرات درجة الحرارة تسمح للمستعمل الاصطناعي بتجنب لمس السطح الساخن أو تحديد درجة حرارة الشراب، ومن المهم أن إدماج دوائر مثل أجهزة الشعار يعطي نظام إنذار مبكر للثبات الضار، وقد أظهرت تجربة سريرية أجرتها مؤخرا جامعة ميتشيغان أن الأفراد الذين يستخدمون يدا صناعية ذات أجسام قوية كانوا قادرين على القيام باستمرار بالكشف عن سلامة إلكترونية.
الاتصال غير المباشر: الاستشعار والتصوير
The netype control in prosthetic hand responds, while parallel providing feedback to the user. Modern research is moving to integrate e-skin with ] where the e-skins senses the environment and the prosthetic hand responds.
التحديات والمعوقات أمام التبني على نطاق واسع
دال - القابلية للاستمرار والقابلية للاستمرار
ورغم الوعد الذي قطعته مواد التلقين الذاتي، فإن العديد من نماذج الأقرباء الإلكترونية لا تزال تتحلل بعد آلاف دورات التمدد والضغط والتلوي، وبالنسبة للاستخدام اليومي في الاصطناعيات أو الروبوتات الصناعية، يجب أن ينجو الجلد من سنوات من التشغيل المستمر، ويستكشف الباحثون البوليمرات عبر الشبكة [FLpos:1] و[التقنيات المحركة:2]
التصنيع والتكلفة المتصاعدان
(ب) إن أساليب التفريغ الحالية للاختلاق الإلكتروني - مثل الترسيب الكيميائي، والكهرباء، وطباعة الجبنة - لا تزال باهظة نسبياً ومنخفضة الحجم، ولإخضاع الكائنات الصناعية [الزراعية] مثل الروبوتات التجارية، يجب توسيع نطاق التصنيع لإنتاج صحائف كبيرة خالية من العيوب بتكلفة منخفضة.
تكامل النظم وتجهيز البيانات
ويولد القرآن الإلكتروني كميات هائلة من البيانات - مئات من قراءات الاستشعار في الثانية من جهة واحدة، ويجب تجهيز هذه البيانات في الوقت الحقيقي مع انخفاض درجة الحرارة، وغالباً ما تكون في مجهز صغير ومجهزة ذات طابع حساس، كما يلزم وضع مقاييس فعالة لضغط البيانات، وتصفيف الضوضاء، واستخلاص البيانات.
المعايير التنظيمية ومعايير السلامة
وفيما يتعلق بالتطبيقات الطبية الاصطناعية، يجب أن يجتاز الجلد الإلكتروني اختبارات صارمة للتوافق البيولوجي والموافقة التنظيمية من هيئات مثل إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة، وتضيف معايير الأجهزة الطبية اللاسلكية طبقة أخرى من التعقيد، كما يلزم تحديث معايير السلامة للآليات: إذا فشل نظام الجلد الإلكتروني، فكيف ينبغي أن يتصرف الآلي؟ وضع بروتوكولات للسلامة الوظيفية [Fkin]
الاتجاهات المستقبلية: ما هي الخطوة التالية بالنسبة إلى الجلد الإلكتروني؟
Sub-Millimeter Resolution and Large-Scale Coverage
وسيحقق القربى الإلكتروني في المستقبل حلاً مماثلاً لقابلية البشر للاختبار من فطيرة شعر واحدة، ويستكشف الباحثون صفائف المطاط التفاعلي التي يمكن معالجة كل منها على حدة، مثل البيكسل في عرض مسموع، وفي الوقت نفسه، تتطلب أساليب الوصل بين أجهزة الاستشعار الكاملة أو العناصر المشابهة.
مخططات فوائية والاعتراف بالنص
وتضع بعض المجموعات، التي تلهمها الحواف على الأصابع البشرية، مقربة إلكترونياً بموجات مجهرية تبث بصمات الأصابع المتحركة، وتزيد هذه الحجج من الاهتزازات عندما تنزلق الجلد على سطح ما، مما يتيح تمييزاً أكثر دقة في النسيج، وقد استخدمت دراسة أجريت في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو نمطاً بسيطاً للط في جهاز للتشغيل الإلكتروني لكشف الفرق بين الحرير والرمل.
مصادر الطاقة - المستقلة والمستدامة
إن رؤية القرينة الإلكترونية التي لا تحتاج إلى شحن أقرب بفضل المولدات الثلاثية الأبعاد ومرونة من أجهزة الطاقة الكهربائية ، وهي أجهزة تستمد الطاقة الميكانيكية من الحركة - مثلاً، وريثمة وجود مرفق كهربائي - لتوليد أجهزة الاستشعار والإرسال اللاسلكية.
المعالجة البحتة البيولوجية
وبدلاً من الاعتماد على الدوائر الرقمية التقليدية، يقوم الباحثون ببناء [(FLT:0)] الأيزومرفورميكي ]، ويسمح الجلد الإلكتروني الذي يُعدّل التواصل القائم على التوابل للأعصاب البيولوجية، ويستخدم هذا النهج المُتَخَدِّر المُتَخَلِّف للعضلات في معالجة المعلومات ذات التأثير الاصطناعي بطريقة أسرع من حيث الطاقة.
الاعتبارات الأخلاقية والمجتمعية
الخصوصية وأمن البيانات
ويمكن لهذه البيانات أن تكشف عن معلومات مفصلة عن الحياة اليومية للشخص وأنشطته ووضعه الصحي، ومن يملك تلك البيانات؟ وهل يمكن اعتراضها أو إساءة استخدامها؟ ونظراً لأن هذه البيانات قد وضعت في موضع تصاعدي، فإن هذه البيانات يمكن أن تكشف معلومات مفصلة عن الحياة اليومية للشخص وأنشطته ومركزه الصحي، ومن يملك تلك البيانات؟ وهل يمكن اعتراضها أو إساءة استخدامها؟
الإنصاف في الوصول والقدرة على تحمل التكاليف
فالأطراف الصناعية المتقدمة المجهزة بشركة e-skin هي حالياً مكلفة التكلفة بعشرات الآلاف من الدولارات، وبدون تغطية تأمينية واسعة أو إعانات حكومية، لا يستفيد منها سوى أقلية من المبتورة، وتعمل المنظمات الخيرية ومبادرات المصادر المفتوحة على تصميم وحدات منخفضة التكلفة من الجلد الإلكتروني يمكن إعادة صياغتها على أساس الاصطناعيات الحالية.() وعلى سبيل المثال، فإن [المنبر الموحد لشبكة الباحثين: 0]
الهوية البشرية وتعزيزها
ونظراً لأن الأطراف الصناعية تكتسب الإحساس القريب من الطبيعة، فإن الخط بين الخلايا البشرية والآلات، وقد يختار بعض المستعملين زيادة جسمهم مع الجلد الإلكتروني إلى ما هو ضروري طبياً، مثلاً للشعور بالإهتزاز أو الحرارة المتصورة تحت الحمراء، مما يثير تساؤلات بشأن تعزيز الإنسان، والهوية، والعجز، هل نصلح الاضطرابات أو نخلق قدرات خارقة؟ إن التأثير النفسي ل " التحلي " هو التأثير النفسي في مجال التلقين.
الاستنتاج: مستقبل التفاعل
وقد أحدثت الجلد الإلكتروني تحولا ملحوظا من الفضول المختبري إلى تكنولوجيا ذات آثار عملية عميقة، ومن خلال الجمع بين المواد المرنة، والهيكلات النانوية، وبوليمرات التعافي الذاتي، والاتصالات اللاسلكية، والاستخبارات الاصطناعية، يوفر الجلد الإلكتروني الآن روبوتات وأجهزة اصطناعية ذات خبرة حسية ثرية توازي اللمس البشري، والقدرة على الشعور بالضغط، والنسيج، ودرجات، بل والألم، هي عوامل تحول في كيفية تفاعل الآلات.
ومع أن التحديات في مجال القابلية للدوام والصناعة التحويلية والتكلفة وأمن البيانات لا تزال قائمة، فإن وتيرة الابتكار لا تظهر علامات على التباطؤ، فالاتجاهات الناشئة - مثل المعالجة بأشعة الأعصاب، وجمع الطاقة، والاستشعار المتعدد الوسائط - تضغط على حدود ما هو ممكن، ومع استمرار البحث وتعزيز التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية والهيئات التنظيمية، يمكننا أن نتوقع أن يصبح الجلد الإلكتروني سمة قياسية في الروبوتات المتقدمة والجيل القادم من الجيلات.
Further reading: ]Nature: “A extendable and self-healing electronic skin for Robics”; Science Robotics: “Electronic skin for haptic feedback in prosthetics”