انقلاب در پزشکی با هوش مصنوعی نرم؛ دانشمندان در حال توسعه قطعات الکترونیکی منعطفی هستند که مانند مغز انسان عمل کرده و با بافتهای زنده سازگارند. این فناوری با قابلیت کشسانی 140 درصدی و مصرف انرژی فوقکم، راه را برای ساخت پوست مصنوعی و اندامهای رباتیک هوشمند هموار میکند.
نورنیوز-گروه اجتماعی: وبگاه سایتِکدِیلی در گزارشی آورده است: هوش مصنوعی امروزه در بسیاری از کارها، از تشخیص تصاویر گرفته تا تحلیل دادههای پزشکی، بهتر از انسانها عمل میکند؛ اما جایی که تجهیزات امروزی در آن خوب عمل نمیکنند، درون بدن انسان است.
چرا قطعات الکترونیکی معمولی داخل بدن کار نمیکنند
مشکل ساده است: بافتهای انسان نرم، انعطافپذیر و دائماً در حال حرکت هستند؛ اما قطعات الکترونیکی معمولی اینگونه نیستند. حتی پیشرفتهترین تراشهها نیز سفت و سخت باقی میمانند.
دستگاههایی که به قلب در حال تپش، ریههای در حال بازوبستهشدن یا مفاصل خمشونده متصل میشوند، میتوانند بافت را تحریک کنند، ارتباط خود را از دست بدهند و در نهایت از کار بیفتند.
پژوهشگران اکنون رویکردی کاملاً متفاوت را دنبال میکنند: به جای اینکه بدن را مجبور کنند خود را با قطعات الکترونیکی وفق دهد، در حال طراحی قطعاتی هستند که رفتاری شبیه به خود بدن دارند.
قطعاتی که از مغز الهام گرفتهاند
مقاله مروری که در نشریه مجله بینالمللی ساخت فوقپیشرفته/ International Journal of Extreme Manufacturing منتشر شده، به معرفی نسل جدیدی از قطعات به نام الکترونیک نرم مشابه مغز پرداخته است. این قطعات، قابلیتهای حسگری، حافظه و پردازش را در موادی یکپارچه میکنند که انعطافپذیر بوده و با بافت زنده سازگاری دارند.
برخلاف مدارهای معمولی که فقط از حرکت الکترونها از طریق مسیرهای فلزی استفاده میکنند، این سامانهها از مواد نرمی مانند پلاستیکهای انعطافپذیر و مواد شبهژل استفاده مینمایند که هم الکترون و هم یون را منتقل میکنند.
این روش شباهت زیادی به نحوه ارسال پیام در دستگاه عصبی دارد. مواد فعال میتوانند یونهای اطراف خود را جذب و آزاد کنند و به طور مداوم وضعیت الکتریکی درونی خود را تغییر دهند؛ در نتیجه، یک قطعه نرم ساده میتواند قابلیت یادگیری مغز را تقلید کند؛ یعنی همان فرآیندی که به سلولهای مغز اجازه میدهد ارتباطات خود را در طول زمان قویتر یا ضعیفتر کنند. به عبارت دیگر، خود قطعه میتواند رفتارهایی شبیه به سازوکارهای یادگیری در مغز از خود نشان دهد.
کشسان و کممصرف
پیشرفتهای اخیر، این قطعات را به سطوح چشمگیری از انعطافپذیری رسانده است. برخی قطعات میتوانند تا ۱۴۰ درصد طول اصلی خود کش بیایند که از کشسانی طبیعی پوست انسان هم بیشتر است.
این قطعات همچنین با مصرف انرژی بسیار اندکی کار میکنند. آنها میتوانند کارهای پیچیده مانند تشخیص ریتم قلب را با ولتاژ کمتر از ۰٫۵ ولت، یعنی خیلی کمتر از ولتاژ یک باتری ساده، انجام دهند. چنین ولتاژ پایینی به کاهش تولید گرما و استرس الکتریکی (آسیب ناشی از جریان برق) کمک میکند؛ این دو نکته برای قطعاتی که قرار است همیشه با بافت زنده در تماس باشند، حیاتی است.
کاربردهای بالقوه
این فناوری میتواند تولید تجهیزات پوشیدنی را متحول کند. به جای نصب حسگرهای سفت و سخت روی بسترهای انعطافپذیر، مهندسان میتوانند شبکههای نرم یکپارچهای را چاپ کنند که حسگری، حافظه و پردازش را در یک ماده کشسان ترکیب میکند.
این فناوری راه را برای ساخت پوست الکترونیکی (نوعی پوست مصنوعی که حس لامسه دارد) و اندامهای نرم رباتیک هموار میکند؛ اندامهایی که قادرند لمس و حرکت را در محل تفسیر کنند و نیازی به ارسال داده به رایانه خارجی ندارند.
چالشهای پیشرو
با وجود این پیشرفتها، هنوز موانع فنی چشمگیری باقی است. یکی از بزرگترین چالشها، حفظ اطلاعات است. بسیاری از قطعات حافظه نرم فعلی، اطلاعات ذخیرهشده را بهسرعت از دست میدهند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران طرح جدیدی به نام معماری جزیرهپل (island-bridge architecture) طراحی کردهاند. در این طرح، قطعات حافظه روی جزیرههای کوچک و محافظتشده قرار میگیرند و اتصالات مارپیچی و کشسان، آنها را به هم وصل میکند.
پژوهشگران معتقدند ترکیب این طرح با مواد پایدار و غیرسمی میتواند راهی عملی برای ساخت قطعات بادوامی فراهم کند که قابلیت اتصال طولانیمدت با بدن انسان را دارند.