ترانزستورات بصرية عصبية قابلة للشد ومصنوعة بالكامل من البوليمر مبنية على شبكة دقيقة ناتجة عن فصل الطور متعدد الأبعاد

لماذا تهم الرؤية الذكية القابلة للتمدد

تخيل رقعة ناعمة تشبه الجلد على ذراعك تسمح لك «بالرؤية» في الظلام، تتكيف مع أضواء السيارات الساطعة أسرع من عينيك، وترسل رسائل سرية باستخدام ضوء غير مرئي. تصف هذه الدراسة نوعًا جديدًا من الأجهزة الإلكترونية المرنة القادرة على ذلك بالضبط. من خلال محاكاة كيفية تكيّف عيوننا مع تغير الضوء، وبناء هذه القدرة داخل مادة مطاطية قابلة للتمدد، يشير الباحثون إلى مستقبل من الكاميرات القابلة للارتداء والشبكية الصناعية وأنظمة مساعدة السائق التي ستكون أكثر ذكاءً وأمانًا.

مادة ناعمة تتصرف كالعين

جوهر العمل هو فيلم شبه موصل جديد وناعم يستجيب للضوء ويمكن تمديده حتى ضعفي حجمه دون فقدان الوظيفة. يجمع الفريق بين بوليمرين حساسَين للضوء — أحدهما يوّهب الشحنات الكهربائية والآخر يقبلها — مع بلاستيك مرن يُسمى إيلاستومر. وبما أن هذه المكونات لا تختلط بشكل متجانس، فإنها تنفصل طبيعياً إلى شبكة دقيقة ثلاثية الأبعاد: جزر غنية بالمطاط محاطة بشبكات من الألياف الحساسة للضوء متشابكة. تتيح هذه البنية الخاصة للفيلم أن ينحني ويلتف ويتمدد مثل الجلد بينما يظل يحول الضوء بكفاءة إلى إشارات كهربائية عبر نطاق واسع من الألوان، من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة.

مصايد مخفية تُمكّن التكيف

في الرؤية الطبيعية، تتجنب أعيننا التحميل الزائد عن طريق التكيف: بعد وميض مفاجئ، يرتفع الاستجابة بسرعة ثم تعود إلى مستوى مريح. تم هندسة فيلم الشبكة الدقيقة ليُظهر سلوكًا مماثلًا. تعمل الحدود بين الجزر المطاطية والألياف البوليمرية كـ «مصايد» محكومة للشحنات الكهربائية. عندما يضرب الضوء الجهاز لأول مرة، تتدفق شحنات كثيرة وتنتج إشارة قوية. مع استمرار الإضاءة، تُحبَس المزيد من هذه الشحنات في المصايد، فينخفض التيار تلقائيًا إلى قيمة أقل وثابتة. من خلال ضبط حجم وعدد الفتحات في الشبكة الدقيقة، يمكن للباحثين تعديل سرعة وقوة استجابة الجهاز للتكيف مع الضوء، تمامًا كما يضبطون رد فعل بيولوجي.

ترانزستورات تتمدد وترى وتفكر

بناءً على هذا الفيلم، ينشئ الفريق ترانزستورات «عصبية» عضوية بالكامل — أجهزة لا تكتفي بالكشف عن الضوء بل تحاكي أيضًا بعض خصائص الخلايا العصبية والاتصالات الدماغية. تصل هذه الترانزستورات إلى تباين عالٍ جدًا بين استجابة الضوء والظلام، وتعمل عبر ألوان ضوئية متعددة، والأهم أنها تستمر في الأداء حتى عند تمددها بنسبة تصل إلى 100 في المئة في اتجاهين. استجابتها التكيفية سريعة بشكل استثنائي: تستقر إلى مستوى جديد في حوالي 0.4 ثانية، أسرع من الأجهزة المشابهة المبلَّغ عنها وبوقت أبعد من تكيّف الإنسان للظلام، مع توفير نحو 90 في المئة من الطاقة التي سيستهلكها جهاز غير متكيف تحت نفس الظروف. كما تسمح نفس مصايد الشحنة التي تسبب التكيف للأجهزة بمحاكاة المشابك المثبطة — وهي الاتصالات في الدماغ التي تخفف الإشارات — مظهرة واحدة من أدنى القيم المقيسة لمؤشر معياري لهذا السلوك.

من الرسائل السرية إلى قيادة أكثر أمانًا

بما أن الاستجابة التكيفية تتغير عبر الزمن، تحمل كل نبضة ضوئية أكثر من مجرد إشارة تشغيل/إيقاف؛ فهي تنقل أيضًا معلومات عن التوقيت والشدة. يستغل المؤلفون هذا الغنى لتصميم «كتاب شفرات» بصري مشابه للشيفرة المورسية، حيث تمثل أنماط في ذروة التيار وزمن التحلل أحرفًا. بتغيير طفيف في ظروف القراءة، يمكن فك تشفير نفس الإشارة الواردة إلى كلمة مختلفة تمامًا، مما يتيح رسائل مضللة مقصودة للاتصال الآمن باستخدام الأشعة تحت الحمراء القريبة التي يصعب ملاحظتها بالعين المجردة. كما يجمع الباحثون مصفوفات من هذه الأجهزة إلى وحدات بكسل تحاكي كيفية تكيف العين في ظروف إضاءة قاسية. في اختبارات تشبه سيناريوهات متقدمة لمساعدة السائق مع الضباب، الوهج، أو الإجهاد الميكانيكي، تلتمع البكسلات التكيفية بإشارة تحذير قوية لفترة وجيزة ثم تخفت بسرعة، مما يسمح للنظام بالاستمرار في استشعار المحيط بدلاً من أن تُعمى مستشعراته.

ماذا يعني هذا لتكنولوجيا الحياة اليومية

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة أن الفريق أنشأ مادة حساسة للضوء ناعمة وقابلة للتمدد تتصرف أقل مثل شريحة كاميرا صلبة وأكثر مثل نسيج حي. يمكن شدها وثنيها وإضاءتها بقوة بينما تظل تستجيب بسرعة وكفاءة، ويمكنها ضبط حساسيتها داخليًا دون دوائر إضافية. يفتح ذلك الباب أمام مساعدات بصرية مريحة تُعلَق على الجلد، وروبوتات أذكى «ترى» عبر أغلفتها الناعمة، وسيارات تتخذ قرارات سريعة ومنخفضة الطاقة مباشرة في العتاد. باختصار، يظهر العمل مسارًا عمليًا نحو عيون إلكترونية ليست مرنة في الشكل فحسب، بل مرنة أيضًا في طريقتها في تفسير الضوء.

الاستشهاد: Wang, C., Qin, M., Sun, J. et al. Intrinsically stretchable all-polymer neuromorphic visual adaptive transistors based on multidimensional-phase-separation-induced micromesh. Nat Commun 17, 2806 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69534-6

الكلمات المفتاحية: إلكترونيات قابلة للتمدد, الرؤية العصبية, ترانزستور فوتوني تكيفي, أجهزة استشعار قابلة للارتداء, التشفير البصري