يقوم العلماء ببناء إلكترونيات تتمدد مثل جلد الإنسان وتتعلم مثل الدماغ

يقوم الباحثون باستبدال أجهزة الذكاء الاصطناعي الصلبة القائمة على السيليكون بإلكترونيات عصبية قابلة للتمدد تحاكي كيفية معالجة الدماغ للمعلومات، مما يفتح إمكانيات جديدة للتكامل بين الإنسان والآلة على المدى الطويل.

حديث الذكاء الاصطناعي يمكن أن تتفوق الأجهزة على البشر في مهام تتراوح بين التعرف على الصور وتحليل البيانات الطبية، ولكن هناك بيئة واحدة لا تزال فيها الأجهزة الحالية تعاني: جسم الإنسان.

المشكلة بسيطة بشكل مدهش. أنسجة الإنسان ناعمة ومرنة وتتحرك باستمرار. الالكترونيات التقليدية ليست كذلك. حتى رقائق السيليكون الأكثر تقدمًا تظل صلبة، مما يجعل التكامل طويل الأمد مع الأعضاء والعضلات والجلد أمرًا صعبًا للغاية. يمكن للأجهزة المرتبطة بالقلب النابض أو الرئتين المتوسعتين أو ثني المفاصل أن تهيج الأنسجة وتفقد الاتصال وتفشل في النهاية.

ويتبع الباحثون الآن نهجا مختلفا جذريا. وبدلاً من إجبار الجسم على التكيف مع الإلكترونيات، فإنهم يعيدون تصميم الإلكترونيات لتتصرف مثل الجسم نفسه.

مراجعة نشرت في المجلة الدولية للتصنيع المدقع يسلط الضوء على ظهور الإلكترونيات العصبية اللينة، وهي فئة جديدة من الأجهزة التي تجمع بين الاستشعار والذاكرة والحوسبة في مواد يمكنها التمدد والانحناء والتوافق مع الأنسجة الحية. تستمد هذه التكنولوجيا الإلهام من الدماغ، ليس فقط في كيفية معالجة المعلومات، ولكن أيضًا في كيفية تفاعله الجسدي مع بيئته.

إلكترونيات مستوحاة من الدماغ

على عكس الدوائر التقليدية التي تعتمد حصريًا على الإلكترونات التي تتحرك عبر المسارات المعدنية، تستخدم هذه الأنظمة مواد لينة مثل البوليمرات المرنة والجيل الأيوني الشبيه بالهلام الذي ينقل كلاً من الإلكترونات والأيونات.

هذه الآلية، المعروفة باسم التوصيل الأيوني الإلكتروني المختلط العضوي، تشبه إلى حد كبير الإشارات الكهروكيميائية التي يستخدمها الجهاز العصبي. يمكن للمواد النشطة أن تمتص وتطلق الأيونات من محيطها، مما يؤدي إلى تغيير حالتها الكهربائية الداخلية بشكل مستمر.

ونتيجة لذلك، يمكن لترانزستور ناعم واحد أن يحاكي اللدونة التشابكية، وهي العملية البيولوجية التي تسمح لخلايا الدماغ بتقوية أو إضعاف الروابط مع مرور الوقت. في الواقع، يمكن للأجهزة نفسها أن تظهر سلوكيات مشابهة لآليات التعلم الموجودة في الدماغ.

لمط وكفاءة في استخدام الطاقة

لقد دفعت التطورات الحديثة في علم المواد هذه الأجهزة إلى مستويات مذهلة من المرونة. يمكن أن تمتد بعض المكونات إلى 140% من طولها الأصلي، مما يتجاوز قابلية التمدد الطبيعية لجلد الإنسان ويسمح لها بالعمل في المناطق شديدة الحركة في الجسم.

تعمل الأجهزة أيضًا بمتطلبات طاقة منخفضة للغاية. ومن خلال الاعتماد على العمليات الكهروكيميائية الفعالة بدلاً من التيارات الكهربائية الكبيرة، يمكنهم أداء مهام معقدة، بما في ذلك تصنيف إيقاع القلب، عند جهد كهربائي أقل من 0.5 فولت.

تساعد جهود التشغيل المنخفضة هذه على تقليل توليد الحرارة والإجهاد الكهربائي، وهما اعتباران حاسمان للإلكترونيات المصممة للبقاء على اتصال مستمر مع الأنسجة الحية.

ويمكن لهذه التكنولوجيا أيضًا أن تعيد تشكيل عملية تصنيع الأجهزة القابلة للارتداء. فبدلاً من تركيب أجهزة استشعار صلبة على ركائز مرنة، يستطيع المهندسون طباعة شبكات حوسبة ناعمة متكاملة تجمع بين الاستشعار والذاكرة والمعالجة داخل مادة واحدة قابلة للتمدد. يمكن لهذا النهج أن يمكّن الجلد الإلكتروني والأطراف الآلية الناعمة من تفسير اللمس والحركة محليًا بدلاً من إرسال البيانات باستمرار إلى كمبيوتر خارجي.

الانتقال إلى ما بعد المختبر

على الرغم من التقدم، لا تزال هناك عقبات تقنية كبيرة قبل أن يتم استخدام الإلكترونيات العصبية اللينة سريريًا.

أحد أكبر التحديات هو الاحتفاظ بالذاكرة. تفقد العديد من أجهزة الذاكرة الناعمة الحالية المعلومات المخزنة بسرعة بعد انتهاء الإشارة، مما يحد من فائدتها لتخزين البيانات على المدى الطويل.

ولمعالجة هذه المشكلة، يركز الباحثون على أبنية جسور الجزيرة. تضع هذه التصميمات مكونات الذاكرة الدائمة على جزر صلبة صغيرة محمية من الإجهاد الميكانيكي، بينما تربط الوصلات الملتفة القابلة للتمدد المكونات معًا.

يعتقد الباحثون أن الجمع بين هذه البنى مع مواد مستقرة كيميائيًا وغير سامة يمكن أن يوفر طريقًا عمليًا نحو أجهزة عصبية متينة قادرة على التكامل على المدى الطويل مع جسم الإنسان.

المرجع: “إلكترونيات عصبية الشكل قابلة للتمدد من أجل الذكاء البشري المتكامل في المستقبل” بقلم تياندا فو، ورويزي يانغ، وماكس ويريس، وجوني يين، وييفان لياو، وييفان جو، 23 مارس 2026، المجلة الدولية للتصنيع المدقع.
دوى: 10.1088/2631-7990/ae5004

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.