جلود قابلة للارتداء مقاومة للتآكل تعتمد على موصلات مطاطية ثنائية الطبقة صلبة/سائلة

ضمادات إلكترونية قادرة على النجاة في الحياة الواقعية

تخيل ضمادة إلكترونية رقيقة كالوشم يمكنها تتبع نبضات قلبك، نشاط عضلاتك، أو اللمس، ومع ذلك تتجاهل الاحتكاك بالملابس والاستحمام والتمارين وحتى المنظفات القاسية. إن «الجلود الإلكترونية» الحالية مرنة وحساسة، لكنها تميل إلى التشقق أو التقشر أو فقدان الإشارة عندما تصبح الحياة قاسية. تقدم هذه الدراسة نوعًا جديدًا من الجلد القابل للارتداء يحافظ على موثوقيته الكهربائية حتى عندما يُمدد إلى عدة أضعاف طوله ويُكشط آلاف المرات، مما يقربنا من حسّاسات ملحقة بالجسم طويلة الأمد ويكاد لا يُذكر وجودها.

لماذا تتلف الأجهزة الناعمة الحالية

تعتمد معظم الجلود الإلكترونية الموجودة إما على آثار معدنية صلبة أو على موصلات سائلة مدمجة في مواد مطاطية. يمكن تشكيل المعادن الصلبة إلى حساسات معقدة تقيس الضغط، الانفعال، ودرجة الحرارة، لكنها تنتهي بالتشقق أو الانفصال عن دعائمها الطرية تحت الانحناء أو الشد أو الاحتكاك المتكرر. تتجنب المعادن السائلة التشقق بقدرتها على التدفق، لكن سيولتها تجعلها عُرضة للتسرب والكشط. يمكن للطلاءات الواقية البسيطة أن تبطئ التلف، لكنها غالبًا ما تمنع تواصلاً جيدًا مع الجلد ولا تصمد أمام تآكل شديد، مثل الاحتكاك المستمر بين الجلد والملابس.

موصل ثنائي الطبقة يتصرف مثل الجلد الحقيقي

يتغلب الباحثون على هذا المقايضة بتصميم ثنائي الطبقة بذكاء — طبقتان موصلتان مختلفتان ملتحمتان بإحكام في فيلم فائق الرقة. الطبقة العلوية بلاستيكية مطاطية (SEBS) محملة بجسيمات فضية دقيقة، تشكل درعًا قويًا مقاومًا للتآكل. تحته توجد طبقة ثانية من SEBS ممتلئة بقطرات مجهرية من سبيكة معدنية سائلة. يدمج المعالجة الحرارية هاتين الطبقتين في بنية متصلة واحدة سميكتها نحو 13 ميكرون فقط — أرق بكثير من شعرة الإنسان — مما يسمح للفيلم بالتوافق مع بصمات الأصابع والحركة مثل جلد ثانٍ. في هذا التركيب، تتحمل طبقة الفضة الجزء الأكبر من التآكل الميكانيكي، بينما تضمن طبقة المعدن السائل بقاء المسارات الكهربائية سليمة حتى عند شد الفيلم إلى أكثر من تسع مرات طوله الأصلي.

كيف يحافظ الفيلم على التوصيل تحت الإجهاد

عند شد الثنائي، تميل جسيمات الفضة في الطبقة العلوية إلى الانقسام إلى جزر معزولة. بدلًا من فقدان التوصيل، تتشوه قطيرات المعدن السائل الكامنة وتوصل هذه الجزر من الأسفل، مكونة جسورًا عمودية تسمح للإلكترونات بالعبور. خلال اختبارات تآكل معيارية، حافظ الفيلم على مقاومة شبه ثابتة لأكثر من 1500 ثانية — زمن أطول بكثير من موصلات أحادية الطبقة المماثلة، التي فشلت خلال ثوانٍ إلى دقائق. كشفت صور التكبير العالي أنه تحت الاحتكاك المطوّل تبدأ جسيمات الفضة والمعدن السائل بالالتحام، مكونين شبكة موصلة جديدة ومستمرة تستمر بالعمل حتى بعد شد وتآكل شديدين معًا. والأهم من ذلك، أن المعدن السائل لا يتسرب، ويصمد الفيلم أمام الأحماض القوية والقواعد والغسيل المتكرر والانفعالات الدورية الكبيرة دون فقدان أدائه الكهربائي.

مريح وآمن على الجسم

لتحويل فيلم الثنائي إلى أقطاب ملائمة للجلد، أضاف الفريق كمية صغيرة من إستر الأكريليك لزيادة الالتصاق بطبقة الجلد الخارجية. ينتج عن ذلك تماسك قوي وقابل للعكس من خلال تفاعلات جزيئية، مما يسمح للفيلم بالالتصاق بإحكام أثناء الحركة ولكن يمكن إزالته برفق بمنديل كحولي. تُظهر الأقطاب الناتجة «شبيهة بالوشم» مقاومة اتصال أقل بكثير مع الجلد مقارنة بوسادات الجل التجارية، ما يعني أنها تلتقط إشارات كهربائية دقيقة بنقاء أعلى. تشير الاختبارات مع خلايا جلد مزروعة ومتطوعين بشريين إلى توافق حيوي جيد، بينما تساعد السطحية الغنية بالفضة في تثبيط نمو البكتيريا. حتى بعد ساعات من الغسيل أو آلاف دورات التآكل المحاكية، تحافظ الأقطاب على خواصها الكهربائية والتلاصق.

اختبارات في العالم الحقيقي: قلوب، عضلات، بريل والوجوه

عرض المؤلفون جلدهم الإلكتروني في سيناريوهات واقعية. بوصفها موصلات توصيل، شغّلت آثار الثنائي دوائر LED التي استمرت في التوهج بثبات بعد فرك متكرر وتمدد شديد. كأجهزة استشعار للقلب والعضلات موضوعة على الصدر والساعد، سجلت إشارات تخطيط كهرباء القلب وتخطيط كهرباء العضلات بوضوح عالي قبل وبعد 500 دورة تآكل، متفوقة على كل من الأقطاب الجل القياسية والأفلام المطاطية الأبسط. ثم بنى الفريق نظامًا متعدد النماذج يجمع إشارات الانفعال والعضلات لقراءة أنماط بريل بينما ينزلق طرف الإصبع فوق النقاط البارزة، محققًا تعرفًا مثاليًا على العبارات الاختبارية. في عرض آخر، راقبت مصفوفات على الوجه نشاطًا عضليًا مرتبطًا بالابتسامة، الضحك، الدهشة، والغضب؛ فكَّ نموذج تعلم آلي هذه التعبيرات بدقة 98.75%، حتى بعد تنظيف وجه قوي.

ما الذي يعنيه هذا لتقنية القابلة للارتداء المستقبلية

تُظهر هذه العملة أنه من خلال هندسة دقيقة لكيفية التقاء المواد الموصلة المختلفة داخل فيلم طري، من الممكن بناء جلود إلكترونية ليست رقيقة وقابلة للتمدد فقط، بل قوية بما يكفي لمنافسة جلد الإنسان تحت التآكل في العالم الحقيقي. يقاوم الثنائي المدعوم بالفضة والمعدن السائل التشقق والتسرب والهجمات الكيميائية مع الحفاظ على اتصال حميمي بالجسم وإشارات كهربائية نظيفة. يمكن لمثل هذه الحساسات الشبيهة بالوشم القابلة للغسل والطويلة العمر أن تجعل المراقبة الصحية المستمرة، وتقنيات المساعدة للأشخاص ذوي الإعاقة، وواجهات الإنسان-الآلة المعبرة أكثر عملية في الحياة اليومية.

الاستشهاد: Wang, Z., Shi, P., Li, Y. et al. Abrasion-resistant wearable skins based on bilayered solid/liquid stretchable conductors. Nat Commun 17, 3767 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70438-8

الكلمات المفتاحية: الإلكترونيات القابلة للارتداء, الجلد الإلكتروني, الموصلات المعدنية السائلة, أجهزة استشعار طبية حيوية, مقاومة التآكل