עור אלקטרוני: נוף טכנולוגי וחידושים

מגמה 1: עור אלקטרוני גמיש וגמיש 

סקירה טכנולוגית 

עורות אלקטרוניים מסורתיים מאבדים מדיוק החישה כשהם נמתחים, מה שמגביל את תחולתם על גופים נעים או גפיים של רובוטים. חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין פיתחו עור אלקטרוני גמיש ששומר על חישת לחץ עקבית גם כשהוא מעוות.

החומר משלב חישה קיבולית והתנגדותית בחיישן לחץ היברידי, המאפשר ליד רובוטית למשש עצמים רכים מבלי למחוץ אותם. הצוות צופה להשתמש בעור ה-eskin על אחיות רובוטיות ורובוטי חיפוש והצלה. במקביל, מהנדסי MIT יצרו שיטה לגידול ולקילוף "עורות" דקים במיוחד של חומר אלקטרוני; ההדגמה שלהם יצרה קרום פירואלקטרי בעובי 10 ננומטר הרגישה מאוד לקרינה אינפרא אדום רחוקה.

מכיוון שאינו דורש קירור, הסרט יכול לאפשר משקפי ראיית לילה קלים וחיישנים גמישים. תהליך הקילוף והערימה, המבוסס על אפיטקסיה מרחוק, מאפשר ייצור חוזר של סרטים דקים במיוחד. התקדמויות אלו ממחישות כיצד מצעים נמתחים וסרטים מיקרו-עבים הופכים את העור האלקטרוני רב-תכליתי ולביש יותר. 

זרזים לחדשנות 

• רובוטיקה וטיפול מסייע: רובוטים המצוידים בעור גמיש יכולים לבצע משימות עדינות כמו בדיקת דופק של מטופל או טיפול בחפצים שבירים, טיפול במחסור במטפלים ולאפשר רפואה מרחוק. 

• חיישנים קלים: סרטים פירואלקטריים דקים במיוחד מפחיתים משקל ומבטלים רכיבי קירור מגושמים, וסוללים את הדרך למשקפי ראיית לילה ניידים וחיישני סביבה. 

• ייצור חוזר: טכניקות אפיטקסיה מרחוק וקילוף וערימה מאפשרות מצעים לשימוש חוזר וייצור סרטים בקנה מידה ננומטר בתפוקה גבוהה. 

• חישה היברידית: שילוב של תגובות קיבוליות והתנגדותיות משפר את הדיוק תחת מתיחה ומאפשר למכשירים לשמור על רגישות ללחץ. 

שחקנים מרכזיים וחידושים 

• אוניברסיטת טקסס באוסטין: פיתח עור אלקטרוני גמיש עם חיישן לחץ היברידי ששומר על חישת כוח מדויקת כאשר הוא מעוות. 

• MIT ואוניברסיטת ויסקונסין: הדגימו סרט פירואלקטרי של 10 ננומטר שהוא רגיש ביותר בספקטרום האינפרא אדום ואינו דורש קירור, מה שמאפשר התקני ראיית לילה קלים. 

• טכנולוגיית Huaweike Intelligent (סין): בנתה יד רובוטית מכוסה בעור אלקטרוני המכילה כ-100 נקודות חישה מיקרוסקופיות; החברה שיפרה את הרגישות מגילוי 10 גרם ל- 1 גרם של כוח לאחר מחקר ופיתוח נרחב. 

• אוניברסיטת הואז'ונג למדע וטכנולוגיה והוואוויקה: שיתפו פעולה באמצעות מודל כוחות מעורבים, תוך שילוב חוקרים אוניברסיטאיים עם התעשייה כדי להאיץ חדשנות בתחום החומרים והייצור. 

רכישות ושיתופי פעולה 

• חוקרים מאוניברסיטת אוסטין הגישו פטנט זמני עבור ה-e-skin הגמיש ובוחנים שיתופי פעולה עם חברות רובוטיקה כדי למסחור את הטכנולוגיה. 

• צוות MIT שיתף פעולה עם אוניברסיטת ויסקונסין ומוסדות אחרים כדי לפתח את הסרט הפירואלקטרי; השיטה ניתנת להכללה לחומרים מוליכים למחצה אחרים. 

• וואווייקה שיתפה פעולה עם אוניברסיטת הואז'ונג כדי להתגבר על אתגרי חומרים וציוד, שהגיעו לשיאם בהדפסה אלקטרונית עמידה המיוצרת באמצעות הדפסה מגליל לגליל 

מגמה 2: עור אלקטרוני עמיד ומרפא את עצמו 

סקירה טכנולוגית 

• עמידות היוותה מכשול עיקרי לחומרים אלקטרוניים מעשיים. חוקרים במכון טרסאקי לחדשנות ביו-רפואית דיווחו על חומר אלקטרוני בעל יכולת ריפוי עצמית, אשר מתקן את עצמו תוך שניות לאחר הנזק. חומרי הריפוי האלקטרוניים משחזרים למעלה מ-80% מהפונקציונליות שלו תוך 10 שניות - שיפור דרמטי לעומת חומרים קודמים בעלי יכולת ריפוי עצמית שלקח דקות או שעות.
• החומר משלב ריפוי עצמי מהיר במיוחד עם ביצועים אמינים בתנאים קיצוניים ומשלב ניטור בריאות מבוסס בינה מלאכותית. הוא מזהה עייפות וכוח שרירים בזמן אמת, מה שמאפשר יישומים בספורט, שיקום וניטור בריאות יומיומי. 

זרזים לחדשנות 

• תיקון עצמי מהירריפוי אולטרה-מהיר מטפל בשבריריות של מכשירים אלקטרוניים לבישים ומבטיח פעולה עקבית במהלך. 

• אבחון מבוסס בינה מלאכותיתשילוב אלגוריתמים של בינה מלאכותית מאפשר ל-e-skin בעל ריפוי עצמי לזהות עייפות וכוח שרירים, מה שמאפשר בריאות מותאמת אישית. 

• חוסן סביבתיהטכנולוגיה פועלת בתנאים מאתגרים, כגון טמפרטורות מתחת למים או טמפרטורות משתנות, מה שמגדיל את התועלת שלה בספורט. 

• דרישת משתמשיםעניין גובר בניטור עייפות ומתח בזמן אמת מניע פיתוח של מכשירים לבישים עמידים ובעלי יכולת ריפוי עצמי. 

שחקנים מרכזיים וחידושים 

• מכון טרסאקי לחדשנות ביו-רפואיתפיתח עור אלקטרוני בעל יכולת ריפוי עצמית, שמתקן את עצמו תוך שניות ומשלב בינה מלאכותית לטיפול בעייפות. 

• צוות המחקר של התקדמות המדעהדגים את ה-e-skin בעל יכולת הריפוי העצמי, אשר משחזר 80% מהתפקוד שלו תוך 10 שניות ושומר על ביצועים בתנאים קיצוניים. 

רכישות ושיתופי פעולה 

• המחקר כלל שיתוף פעולה בין מספר מוסדות ופורסם ב-Science Advances; צפויות שותפויות נוספות עם יצרני מכשירים לבישים. 

מגמה 3: ניתוח נתונים אלקטרוני רב-מודאלי ומשולב בבינה מלאכותית 

סקירה טכנולוגית 

עור אנושי יכול לזהות בו זמנית לחץ, טמפרטורה, גזירה וכאב. שכפול חישה רב-מודאלית זו באלקטרוניקה דורש שילוב של סוגי חיישנים שונים ועיבוד זרמי נתונים עצומים. חוקרים מאוניברסיטת קולג' לונדון (UCL) ומאוניברסיטת קיימברידג' יצרו עור רובוטי עמיד וזול המשמש כחיישן יחיד ורב-מודאלי.

במקום להטמיע חיישנים נפרדים ללחץ, טמפרטורה או נזק, כל העור המבוסס על ההידרוג'ל מוליך ויכול להבחין בין סוגים שונים של מגע באמצעות אלגוריתמים של למידת מכונה. בבדיקות, 32 אלקטרודות שהוצבו על פרק כף היד אספו מעל 1.7 מיליון נקודות נתונים על פני היד.

הצוות השתמש בנתונים אלה כדי לאמן מודל לזיהוי הברגות, חום, חתכים ונקודות מגע מרובות. eskin רב-מודאלי כזה לא רק מפשט את הייצור אלא גם מספק נתונים חושיים עשירים עבור אלגוריתמים של בינה מלאכותית. 

זרזים לחדשנות 

• ארכיטקטורה פשוטה: על ידי הפיכת החומר כולו לחיישן, הצורך במודולים נפרדים מבוטל, מה שמפחית את המורכבות והעלות. 

• שילוב למידת מכונה: מודלים של בינה מלאכותית יכולים לסווג גירויים שונים מאותות רב-מודאליים, מה שמאפשר לרובוטים לפרש מידע מישושי מורכב. 

• נתונים בצפיפות גבוהה: מאות אלפי נקודות נתונים מאפשרות מיפוי מפורט של התפלגות לחץ וזיהוי עצמים. 

• יישומים מגוונים: עור רב-מודאלי יכול לשפר תותבות, רובוטיקה דמוית אדם, בטיחות רכב ורובוטים לסיוע באסונות 

שחקני מפתח וחידושים 

• UCL ואוניברסיטת קיימברידג': פיתח עור הידרוג'ל מוליך רב-מודאלי; השתמש בלמידת מכונה כדי להבחין במגעים שונים ושילב מעל 860,000 מסלולים. 

• מכון טרסאקי ואחרים: העור המרפא את עצמו שלהם משלב בינה מלאכותית לניטור בריאות.

• קהילת חיישנים לבישים משולבים של בינה מלאכותית: סקירות מדגישות כיצד למידת מכונה משפרת את ניתוח ואבחון הנתונים בחיישני מאמץ לבישים, ומאפשרת גילוי מוקדם וניטור בריאות מותאם אישית 

רכישות ושיתופי פעולה 

• פרויקט UCL-קיימברידג' מומן על ידי תוכנית המחקר הגלובלית של סמסונג ומועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה של בריטניה. 

• שיתופי פעולה בין מדעני חומרים לחוקרי בינה מלאכותית מאיצים את פיתוח eskin הרב-מודאלי. 

מגמה 4: E-Skin רגיש למגנטו וחסכוני באנרגיה  

סקירה טכנולוגית  

• מעבר לחישה טקטילית, עורות אלקטרוניים מתרחבים לגילוי שדות מגנטיים ושיטות חישה אחרות. חוקרים במרכז הלמהולץ דרזדן רוזנדורף (HZDR) פיתחו עור קולט מגנטו שיכול לזהות ולאתר במדויק שדות מגנטיים באמצעות חיישן גלובלי יחיד..
• העור מורכב מקרום דק, שקוף ומחורר עם שכבה רגישה למגנטו; שינויים בהתנגדות המגנטית מעובדים על ידי יחידה מרכזית באמצעות טומוגרפיה כדי לשחזר את מיקומם של אותות מגנטיים.
• מכיוון שהממברנה כולה משמשת כחיישן, המערכת מפחיתה את מספר הרכיבים האלקטרוניים, מה שמפחית את צריכת האנרגיה והמשקל. הטכנולוגיה מאפשרת אינטראקציה ללא מגע עם מכשירים ויכולה לפעול מתחת למים או בתנאים קיצוניים. 

זרזים לחדשנות 

• ממשקים ללא מגע: עורות אלקטרוניים קולטי מגנטו מאפשרים אינטראקציה ללא מגע במציאות מדומה או בסביבות תת-ימיות. 

• חסכון באנרגיה: שימוש במשטח חיישן גלובלי ובטומוגרפיה מפחית את הצורך בחיישנים וסוללות מרובים. 

• חדירות ונוחות: ממברנות דקות ונושמות מאפשרות לעור שמתחת לנשום, ומשפרות את יכולת הלבישה. 

• חסינות: חישה מגנטית פחות נוטה להפרעות חשמליות, מה שהופך אותה מתאימה לרובוטים העובדים בסביבות מורכבות או רועשות. 

שחקני מפתח וחידושים 

• HZDR: הציג eskin קל ושקוף שמזהה שדות מגנטיים באמצעות חיישן יחיד ומעבד אותות באמצעות טומוגרפיה.

• פבלו מקושקו ודניס מקרוב: הוביל את המחקר והדגיש כיצד העור מחקה אינטראקציות בין עור למוח. 

• מפתחי אפליקציות: הטכנולוגיה פותחת הזדמנויות לכפפות מציאות מדומה, סמארטפונים תת-ימיים ורובוטיקה. 

רכישות ושיתופי פעולה 

• צוות HZDR משתף פעולה עם שותפים אקדמיים כדי להגדיל את היקף העור הקולט מגנטו ולבחון את המסחור שלו.. 

מגמה 5: צמיחת שוק ואימוץ תעשייתי  

סקירה טכנולוגית  

מוצרי Eskin עברו מהדגמות מעבדה למכשירים מסחריים. מדבקות אלקטרוניות שולטות במכירות הנוכחיות בשל השימוש הנרחב בהן בניטור בריאות וניהול מחלות כרוניות. ניתוחי שוק צופים כי חליפות עור אלקטרוניות - המכסות שטחי גוף גדולים ומאפשרות ניטור של כל הגוף - יחוו את הצמיחה המהירה ביותר, ותתמכו בשיקום ובביצועים ספורטיביים.

חיישנים אלקטרופיזיולוגיים, המודדים פעילות חשמלית בשרירים, עצבים והלב, מייצרים את נתח ההכנסות הגדול ביותר, בעוד שביו-חיישנים לניטור ביוכימי הם הקטגוריה הצומחת ביותר. רכיבים כמו פולימרים אלקטרואקטיביים מספקים גמישות וקשיחות, ומעגלים גמישים מאפשרים מכשירים המתאימים את עצמם לצורות גוף מורכבות. 

זרזים לחדשנות 

• ביקוש בתחום הבריאות: עלייה במחלות כרוניות והצורך בניטור מרחוק מניעים את אימוץ מדבקות eskin. 

• ספורט ושיקום: חליפות עור לגוף מלא מאפשרות מדידה בזמן אמת של תנועה ופעילות שרירים, ומשפרות ביצועים אתלטיים ושיקום. 

• פריצות דרך חומריות: פולימרים אלקטרואקטיביים ומעגלים גמישים משפרים את הגמישות והעמידות. 

• יישומים מתפתחים: אסקין מוצאת תפקידים במערכות להובלת תרופות, קוסמטיקה, רובוטיקה ואלקטרוניקה צרכנית, ויוצרת זרמי הכנסה מגוונים. 

שחקני מפתח וחידושים 

• MC10 בע"מ: מייצרת את המדבקה הלבישה BioStamp RC לניטור סימנים חיוניים ומדידת הידרציה. 

• קסנומה בע"מ: מציעה בגדי eskin Sleep & Lounge וחליפת האימונים eskin EMStyle, המשלבת חיישנים בבגדים. 

• VivaLNK בע"מ: משווקת את מדבקות Vital Scout ו-Fever Scout לניטור לחץ וחום; שותפות עם Reckitt Benckiser מפיצה מדי חום רציפים ברחבי העולם. 

• ג'נטאג בע"מ: מפתחת מדבקות עור NFC וחיישני עור אלחוטיים.

• בלום לייף: מספקת מעקבי הריון חכמים המנטרים צירים. 

• דיאלוג סמיקונדקטור: מספקת מעגלי שבב Bluetooth בעלי צריכת חשמל נמוכה ומעגלים משולבים לטעינה אלחוטית עבור מכשירי eskin. 

• רוטקס בע"מ, אינטלסנס בע"מ, אימגריוורקס בע"מ, פלסטיק אלקטרוניקה בע"מ: מציעים פאצ'ים וחיישנים גמישים עבור יישומים בריאותיים ותעשייתיים. 

• וואווייקה: ייצור בקנה מידה גדול של עור רגיש באמצעות הדפסה על גלילים, המאפשר יישומים החל מידיים רובוטיות ועד לגילוי קרח מטורבינות רוח. 

רכישות ושיתופי פעולה 

• VivaLNK ורקיט בנקיסר: שיתפה פעולה להפצת מדבקות לניטור חום ברחבי העולם. 

• Huaweike ואוניברסיטת Huazhong: בניית צוות אקדמי מעורב בתעשייה כדי להתגבר על אתגרי חומרים ולפתח ציוד דפוס. 

• בריתות רב-מוסדיות: חידושים רבים של eskin נובעים משיתופי פעולה בין אוניברסיטאות, מכוני מחקר ותאגידים, כגון השותפות בין MIT ל-UW בנושא שכבות דקות במיוחד ופרויקט UCL וקיימברידג' במימון סמסונג ו-EPSRC בבריטניה.