أنظمة إلكترونية مرنة مدعومة بالذكاء الاصطناعي عبر الحوسبة بالقرب من المستشعر وضمنه

جلد أذكى لأجهزتنا ولنفسنا

تخيل رقعة شبيهة بالضمادة لا تكتفي بشعور نبضك وحركتك وحرارتك فحسب، بل تفكر في تلك البيانات فورًا وتستجيب على الفور—دون الحاجة إلى هاتف أو سحابة أو حاسوب ضخم. تستعرض هذه المقالة كيف يدخل العلماء الذكاء الاصطناعي مباشرةً في الإلكترونيات المرنة والطرية. هذه "الأنظمة الإلكترونية المرنة المدعومة بالذكاء الاصطناعي" تعد بقوالب صحية قابلة للارتداء، وطبقات جلدية للروبوتات، وأسقف طائرات ذكية تحس وتقرر وتتصرف بسلاسة تقترب من عمل الجلد والأعصاب البشرية.

من الاستشعار البسيط إلى الأسطح المفكرة

المستشعرات التقليدية تشبه الميكروفونات البسيطة: تجمع الإشارات لكنها تعتمد على حاسوب بعيد لتفسيرها. ومع انتشار الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، ظهرت مشكلات في هذا النموذج القديم—كميات بيانات هائلة للإرسال، استجابات بطيئة، استهلاك طاقة مرتفع، ومخاطر خصوصية عندما تخرج المعلومات الحساسة من الجسم أو الجهاز. تضيف الإلكترونيات المرنة بعدًا جديدًا: تُصنع المستشعرات من مواد طرية أو بتراكيب ذكية لتلتف حول الجلد أو المفاصل أو أجنحة الطائرات. يوضح المقال أن الأنظمة من الجيل القادم تتبع حلقة "استشعر-فكر-تصرف" على منصة مرنة: تلتقط المستشعرات الطرية الإشارات، تقوم وحدة ذكاء مدمجة قريبة بتفسيرها، وتستجيب المحركات أو الأجهزة المرنة، مكونة حلقة رد فعل مغلقة وسريعة.

التفكير بالقرب من نقطة الاستشعار

أحد المسارات الرئيسية يسمى الحوسبة بالقرب من المستشعر. هنا لا تزال البيانات تمر عبر دوائر أساسية تحول الإشارات التناظرية إلى شكل رقمي، لكن المعالجة الأساسية تجري على شرائح صغيرة تقع بجانب مصفوفة المستشعر بدلاً من حاسوب بعيد. تشغّل المتحكمات الدقيقة، ومعجلات الشبكات العصبية، ومعالجات أخرى خوارزميات مخففة—تتراوح من مرشحات بسيطة إلى شبكات عصبية مدمجة ومخططات "الأبعاد الفائقة" التي تمثل المعلومات كحزم كبيرة من البِتات. يقلل هذا من كمية البيانات الخام التي يجب إرسالها ويمكّن من سلوك في الوقت الفعلي. تصف المراجعة أمثلة عملية: مراقبات قلب ودماغ قابلة للارتداء تنظف وتفسر الإشارات على الجهاز، أساور تعرف الإيماءات تترجم نشاط العضلات، وجلود إلكترونية تتيح للروبوتات تحديد الأشياء باللمس أو تعديل قبضتها تلقائيًا.

عندما يبدأ المستشعر نفسه في الحساب

يمضي المسار الثاني، الحوسبة داخل المستشعر، أبعد من ذلك بدمج الاستشعار والذاكرة والحوسبة في نفس البنية الفيزيائية. بدلًا من التصرف ككاميرا ترسل كل بكسل إلى حاسوب، قد يكتشف جهاز داخل المستشعر المشهد ويضغطه ويُفسره جزئيًا قبل أن تغادر أي بيانات المصفوفة. يحقق الباحثون ذلك بدمج ترانزستورات مرنة وأنواع جديدة من الذاكرة مباشرة مع مواد الاستشعار. تقوم بعض الأجهزة بمحاكاة اتصالات شبيهة بالمخ، حيث تقوى أو تضعف المسارات الكهربائية اعتمادًا على النشاط السابق، مخزنة "الخبرة" في العتاد. يستخدم آخرون طبقات حساسة للضوء أو الضغط يمكن ضبط استجابتها وإعادة استخدامها، مما يسمح لها بالإحساس والتذكر معًا. تقلل هذه التصاميم بشكل كبير من استهلاك الطاقة والتأخير، وهو أمر حاسم للأجهزة المزروعة والجلود الاصطناعية وغيرها من الأنظمة التي تعمل دائمًا.

أدمغة وأعصاب جديدة للإلكترونيات اللينة

لجعل هذه الأنظمة اللينة ذكية حقًا، يُقرَن العتاد بنماذج ذكاء اصطناعي مصممة خصيصًا. تُختزل الشبكات العصبية الكلاسيكية لتعمل على معالجات صغيرة باستخدام حيل مثل الضغط والحساب بدقة منخفضة. تعد الشبكات العصبية النبضية، المُستلهمة من نبضات الدماغ، بعمليات ذات طاقة منخفضة جدًا، بينما تقوم الحوسبة بالأبعاد الفائقة باستبدال الرياضيات الثقيلة بعمليات بِت بسيطة يسهل تنفيذها في العتاد. تقارن المراجعة بين هذه المناهج من حيث السرعة والطاقة والتعقيد، وتطابقها مع استخدامات حقيقية: مراقبات صحية تتكيف مع تغير جودة الإشارات، واجهات دماغ-حاسوب تترجم النية من لُصقات فروة الرأس، وجلود ذكية للطائرات تقرأ تدفق الهواء وتكشف الضرر أثناء الطيران. معًا، تشكل هذه الأدوات صندوق أدوات لمطابقة الخوارزمية المناسبة مع كل منصة مرنة.

عوائق في طريق الجلود الذكية اليومية

رغم التقدم السريع، تبقى العديد من العوائق قبل أن تصبح الإلكترونيات المرنة الغنية بالذكاء الاصطناعي شائعة. على مستوى العتاد، يجب على المهندسين دمج مستشعرات طرية ومعالجات ومصادر طاقة وروابط لاسلكية دون التضحية بالراحة أو المتانة أو الدقة. يجب أن تكون المواد آمنة على أو داخل الجسم وتستمر في العمل تحت العرق والحركة والاستخدام الطويل الأمد. وعلى مستوى البرمجيات، يجب أن تكون نماذج الذكاء الاصطناعي أخف وزناً وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، وقادرة على التعلم أو التكيف على الجهاز بذاكرة وبيانات محدودة. يجادل المؤلفون بأن المستقبل سيخلط ثلاثة مستويات من الحوسبة: سحابة وحواسب الحافة التقليدية للتحليلات الثقيلة، والمعالجة بالقرب من المستشعر للقرارات المحلية السريعة، والمنطق داخل المستشعر لمنعيات فورية منخفضة الطاقة—تمامًا مثل العلاقة بين دماغنا والحبل الشوكي والجلد.

أجهزة يومية تشعر وتستجيب مثل الجلد

بعبارات بسيطة، تُظهر هذه المقالة كيف أن إحضار الذكاء الاصطناعي إلى حافة—وحتى داخل—المستشعرات المرنة يمكن أن يحول الرقع السلبية إلى أجهزة نشطة متعلمة. من خلال تقليص حركة البيانات، وتوفير الطاقة، وحماية الخصوصية، تفتح الحوسبة بالقرب من المستشعر وضمنه الباب أمام رقع طبية تتابع الصحة بصمت وتقدّم العلاج، وجلود روبوتات لينة تحس وتستجيب للمس، وأسقف طائرات "تشعر" بالهواء وتضبط نفسها في الوقت الحقيقي. الخلاصة أن الإلكترونيات الذكية والمرنة ستطمس تدريجيًا الخط الفاصل بين الاستشعار والتفكير، مما يجعل تقنياتنا أشبه بجلد حي متجاوب بدلًا من صندوق أجزاء جامد.

الاستشهاد: Xu, Z., Xie, E., Hou, C. et al. AI-enabled flexible electronic systems via near-sensor and in-sensor computing. npj Flex Electron 10, 52 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00544-6

الكلمات المفتاحية: الإلكترونيات المرنة, الحوسبة داخل المستشعر, مراقبة الصحة القابلة للارتداء, الجلد الإلكتروني, الأجهزة العصبية الوظيفية