هذه قطعة من الجلد. من الجلد الصناعي. والآن، حسنًا، سأقوم بلصقها على هذه اليد، وسأحييكم جميعًا.
This is a piece of skin. Of artificial skin. And now, OK, I’m just going to paste it on this hand, and I'll greet you all.
(ضحك)
(Laughter)
سأوضح لكم كيف يعمل. لذا يرجى إلقاء نظرة على ما يحدث على الطاولة، حيث توجد قطعة واحدة من هذا الجلد الاصطناعي، وكذلك ما يحدث على شاشة الكمبيوتر المحمول الذي تراه في الفيديو الذي على وشك البدء.
I will show you how it works. So please have a look at what happens on the table, where there is one piece of this artificial skin, and also what happens on the screen of the laptop that you see in the video that is about to start.
لذلك هذا أنا. أنا أتنفس أولاً على الجلد. وترون الآن أن هذا الخط الذي كان مسطحًا في البداية يظهر الآن نتوءًا. والآن ألمسها بإصبعي. ومرة أخرى، نتوء آخر. أنا ألمسها مرة أخرى بالجزء الخلفي من الريشة. والآن تأتي المطبات الصغيرة. ومرة أخرى. الآن تأتي نتوءات أصغر.
So this is me. I'm first breathing on the skin. And you see now that this line that first was flat now shows a bump. And now I'm touching it with my finger. And again, another bump. I am touching it one more time with the back of a feather. And now tinier bumps are coming. And again. Now even smaller bumps are coming.
ولكن ما هو هذا الخط؟ هذا، ما ننظر إليه، هو تيار كهربي، وهو أولًا ثابت. ثم عندما نلمس الجلد أو نتنفسه أو نلمسه بريشة خفيفة جدًا، فإنها تظهر إشارة. لذا فإن هذا النتوء الذي تراه هو إشارة في التيار الكهربائي. وهذه في الواقع هي بالضبط الطريقة التي تعمل بها بشرتنا أيضًا. لذلك لدينا مستقبلات في الجلد تستشعر ما يحدث على الجلد. ثم ينتجون إشارة كهربائية تنتقل عبر الأعصاب وتصل إلى دماغنا حيث يتم التعرف عليها.
But what is this line? This, what we are looking at, is electrical current, which first is constant. And then when we touch the skin or breathe on it or touch it with a very light feather, it shows a signal. So this bump that you see is a signal in the electrical current. And this is actually exactly how our skin also works. So we have receptors in the skin which sense what is happening on the skin. And then they produce an electrical signal which travels through the nerves and arrives at our brain where it is recognized.
أنا كيميائي من خلال التعليم، وعملت في مجال علوم المواد، وهو مجال متعدد التخصصات للغاية، منذ ما يقرب من 20 عامًا حتى الآن. أولاً، كطالب دكتوراه في إيطاليا، في باري، ثم كباحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والآن أنا قائد مجموعة في غراتس. وقد مرت ست سنوات تقريبًا على العمل على الجلود الاصطناعية. تقريبا 12 طالبًا، بين طلاب الماجستير والدكتوراه عملوا على هذه الأجهزة لمحاولة دراسة كيف تستخدم المواد وكيفية عملها معًا وكيفية بناء هذا الجهاز.
I am a chemist by education, and I worked in the field of material science, which is a very interdisciplinary field, since almost 20 years now. First, as a PhD student in Italy, in Bari, and then at MIT as a postdoc, and now I am group leader in Graz. And it is almost six years that we are working on artificial skins. Almost 12 students, between master and doctoral students, have worked on these devices, trying to study how the materials work, how they work together and how to build this device.
وبعد ذلك، قمنا لأول مرة بإنتاج جلد اصطناعي يمكنه الاستجابة في نفس الوقت لثلاثة محفزات. اللمس، وبالتالي القوة ودرجة الحرارة والرطوبة. ويمكنها القيام بذلك أيضًا بدقة غير مسبوقة. لذا فهو جهاز صغير جدًا. سترى كيف يتم ذلك. وهذا يعني أنه يمكنه استشعار الأشياء التي هي في الواقع أصغر من الأشياء التي يمكن استشعارها ببشرتنا. تبلغ دقة بشرتنا ملليمتر واحد مربع. تبلغ دقة هذا الجلد 0.25 ملليمتر مربع. لذلك وعدت أن أقدم لك بعض التفاصيل الفنية. أعلم أنك تتطلع إليهم حقًا.
And after this, we have for the first time produced an artificial skin that can respond at the same time to three stimuli. Touch, so force, temperature and humidity. And it can do this also at an unprecedented resolution. So it's a very tiny device. You will see how it is done. And so this means that it can sense objects that are actually smaller than the objects that can be sensed with our skin. Our skin has a resolution of one millimeter square. This skin has a resolution of 0.25 millimeter square. So I promised I would give you some technical details. I know you are really looking forward to them.
(ضحك)
(Laughter)
المكون الرئيسي لهذه المادة، لهذا الجلد، هو ما يسمى بالمواد المستجيبة للمحفزات. إذن ماذا يعني أنها تستجيب للمحفزات؟ هذا يعني أنه صغير في البداية. وعندما تكون لدينا الرطوبة أو الضوء أو درجة الحموضة أو تغيرات درجة الحرارة، تتغير هذه المادة في شكلها وتصبح أكبر. يمكن أن تصل إلى مضاعفة أو مضاعفة سمكها الأصلي ثلاث مرات. وهذه خاصية مذهلة، لكنها تحدث على نطاق ميكروسكوبي جدًا لأننا ننتج هذه المواد كأغشية رقيقة، وأحيانًا أصغر بمليون مرة من المليمتر.
The main component of this material, of this skin, is what is called the stimuli-responsive material. So what does it mean that it is stimuli-responsive? It means that at the beginning it is small. And when we have either humidity or light or pH or temperature changes, this material changes in its shape, and it becomes bigger. It can arrive to even doubling or tripling its thickness, its original thickness. And this is an amazing property, but it happens at a very, very microscopic scale because we produce these materials as thin films, so sometimes even one million times smaller than a millimeter.
لذا كانت المشكلة، حسنًا، كيف نترجم هذا التغيير الكبير جدًا في السماكة إلى شيء قابل للقياس؟ وفكرنا، حسنًا، دعونا ندمجها مع مادة كهرضغطية. الآن ربما تبدو هذه الكلمة معقدة بعض الشيء. يبدو وكأنه شيء لم تره من قبل في حياتك، ولم تسمعه من قبل، لكنه ليس صحيحًا حقًا. لقد كنت على اتصال بهذه المواد عدة مرات. أنا على اتصال بها الآن. إنه في الميكروفونات، على سبيل المثال. لذا فهي المادة التي تنتج الكهرباء عندما تكون هناك حركة. وهكذا توجد في الميكروفونات أغشية تنتج الكهرباء عندما تتحرك. إنها أيضًا المادة الموجودة في بطاقات المعايدة المضحكة هذه والتي عند فتحها، فإنها تصنع هذه الموسيقى. الموسيقى مصنوعة أيضًا من مادة بيزو. لذلك هناك دائرة كهربائية في البطاقة وعندما تفتحها، فإنها تحرك الغشاء والغشاء يصنع الموسيقى. وهي أيضًا المادة المضمنة في أساور الذراع، تلك التي تقيس نبضات القلب.
So the problem was, OK, how do we translate this very big change in thickness into something measurable? And we thought, OK, let's combine it with a piezoelectric material. Now maybe this word sounds a bit complex. Sounds like something you have never seen in your life, never heard before, but it's not really true. You have been in contact with this material many times. I am in contact with it right now. It's in microphones, for example. So it's the material that when there is a movement, produces electricity. And so in microphones there are membranes that when they move, produce electricity. It's also the material that is in these funny greeting cards that when you open, they make this music. The music is also made with the piezo material. So there is an electrical circuit into the card and when you open it, it moves a membrane and the membrane makes the music. And it's also the material that is included in the arm wristbands, those that measure the heartbeat.
موافق. لذلك قمنا بدمج هاتين المادتين في هذه الأسطوانات التي تراها في الصورة. لذا في المنتصف لدينا تلك المادة التي عرضتها عليكم من قبل، المادة المستجيبة للمحفزات، المادة التي تغير سمكها وتكبر. وعلى الغلاف الخارجي لدينا مادة كهرضغطية، وهي المادة التي عندما يكبر الداخل، ينتج الخارج الكهرباء. وهذه هي الطريقة التي يتم بها ذلك. سهل جدا.
OK. So we combined these two materials in these cylinders that you see in the picture. So in the middle we have that material I showed you before, the stimuli-responsive material, the material that changes its thickness and gets bigger. And on the outer shell we have the piezoelectric material, the material that when the inside gets bigger, the outside produces the electricity. And this is how it is done. Easy-peasy.
(ضحك)
(Laughter)
ثم يكون هذا النوع من الأسطوانات صغيرًا جدًا، ولدينا العديد منها في هذا الجهاز حتى نتمكن من الشعور بدقة عالية جدًا بالأنواع الثلاثة المختلفة من المحفزات التي أخبرتك بها من قبل. والمزيد من التفاصيل الفنية. أعلم أنها مثيرة، أليس كذلك؟ إذن كيف نفعل هذه الأسطوانات؟ نقوم بها باستخدام قالب، النموذج الذي تراه في الصورة في الأعلى. هذا قالب يحتوي على الكثير من الآبار، لذلك هناك الكثير من الثقوب. ثم نقوم بإعادة ملء الثقوب. أولاً نملأها بالمواد الكهروإجهادية، والتي يتم تمثيلها باللون الأصفر في الشكل السفلي، ثم نملأها بالمواد المستجيبة للمحفزات وهي اللون الأزرق الفاتح في الشكل السفلي. ولكن للقيام بذلك لا يمكننا استخدام السوائل، لأنه كما تعلمون، سوف تملأ السوائل الآبار من الأسفل إلى الأعلى. وبدلاً من ذلك نريد تغطية الجدران الجانبية أيضًا. وهكذا نقوم بذلك باستخدام ترسيب البخار. لذا فإن عملية إنتاج هذه الأشياء بأكملها تحدث في غرف التفريغ مثل تلك التي يمكنك رؤيتها في الصورة.
Then these type of cylinders are very tiny, and we have several of them in this device so that we can sense with very high resolution the three different types of stimuli I was telling you before. And a bit more of technical details. I know they are exciting, right? So how do we do these cylinders? We do them using a template, the one that you see in the picture on the top. This is a template with a lot of wells, so a lot of holes. And then we refill the holes. First we fill them up with the piezoelectric material, which is represented in yellow in the bottom figure, and then we fill it up with the stimuli-responsive material that is the light blue in the bottom figure. But to do this we cannot use liquids, because as you know, liquids would fill the wells from the bottom up. And instead we want to cover also the lateral walls. And so we do this using vapor deposition. So the whole process of production of these things happens in vacuum chambers like the one that you can see in the picture.
وقد تتساءل، حسنًا، لماذا العمل على هذا الموضوع؟ لماذا العمل على الجلد الاصطناعي؟ لأن من وجهة نظر علماء المواد، فإن الجلد عبارة عن مجموعة معقدة من المواد والوظائف. الجلد مفيد للحماية والإفراز والامتصاص وتنظيم الحرارة والاستشعار. ولذا فإن القدرة على إعادة إنتاج كل هذه الخصائص بشكل مصطنع - أو في الواقع، في الوقت الحالي، الإحساس فقط - بدت وكأنها تحدٍ. ولذا كنت سعيدًا باحتضانها.
And you may be wondering, OK, why working on this topic? Why working on artificial skin? So from a material scientist point of view, the skin is really a complex ensemble of materials and functions. Skin is useful for protection, secretion, adsorption, heat regulation and sensing. And so being able to just reproduce artificially all these properties -- or actually, for the moment, only the sensation -- looked like a challenge. And so I was happy to embrace it.
حسنًا، انتهيت الآن من التفاصيل الفنية. الآن أعلم أنكم جميعًا تتساءلون، حسنًا، لقد صنعتم هذه الجلود الاصطناعية. ولكن لماذا؟
OK, now I'm done with the technical details. Now I know you are all wondering, OK, you have done these artificial skins. But why?
(ضحك)
(Laughter)
سأعرض عليكم بعض مجالات التطبيق، والتي تنتهي بالمجال الذي أعتقد أنه قد يكون الأقرب. لذلك رأينا أيضًا كيف يوجد العديد من ضحايا الحروق. يمكن أن تكون هذه الحروق ضخمة جدًا لدرجة أنها تزيل المستقبلات الموجودة في الجلد. وهكذا يفقد الناس الإحساس بمكان حدوث هذا الحرق. تخيل الآن مستقبلاً يمكن فيه لضحايا الحروق بالفعل، بفضل تقنياتنا، استعادة الإحساس.
I will show you some fields of application, ending with the one that I think could be the closest. So we have also seen how there are many victims of burns. These burns can be so huge that they even take away the receptors in the skin. And so people would then lose the sensation where there was this burn. Now imagine a future where actually victims of burns could, thanks to our technologies, regain the sensation.
22 مليون مستخدم للساعات الذكية في 2022 هل يجب أن أسأل كم منكم لديه ساعة ذكية الآن؟ هل ترتدي ساعة ذكية؟ نعم، لذا تخيل أنك، على سبيل المثال، تجري في يوم حار، ويمكن لساعتك الذكية أن تقيس، على سبيل المثال، مستوى ترطيب بشرتك وتحذرك ربما إذا وصلت إلى الحد الأقصى من الترطيب.
216 million users of smartwatches in 2022. Should I ask how many of you have a smartwatch now? Wearing a smartwatch? Yeah, so imagine you are, for example, running on a hot day, and your smartwatch could measure, for example, the level of hydration of your skin and warn you maybe if you are reaching the limit of the hydration.
مجال آخر مثير للاهتمام للتطبيق هو الروبوتات. في الوقت الحاضر، تُستخدم الروبوتات البشرية في العديد من المجالات، على سبيل المثال في الطب ولكن أيضًا في المنزل. وتتعرض هذه الروبوتات للعديد من المحفزات، والعديد من التفاعلات مع البيئة ومع البشر، وأحيانًا يكون لديها الكثير من المدخلات في نفس الوقت. وهذا هو السبب الأول لفشل الروبوت. لذا تخيل مستقبلاً يمكن أن يكون فيه الروبوت في الواقع أكثر حساسية وأذكى قليلاً. هذا من شأنه أن يؤدي أيضًا إلى سلامة أعلى لهذه التكنولوجيا.
Another interesting field of application would be robotics. Nowadays, humanoid robots are used in many fields, for example in medicine but also in household. And these robots are exposed to several stimuli, several interactions with the environment and with the humans, and sometimes they have too many inputs at the same time. And this is the reason number one for robot failure. So imagine a future where actually a robot could be a bit more sensitive, a bit smarter. This would lead also to a higher safety of this technology.
وأخيرًا، لسوء الحظ، تشير الورقة البحثية الأكثر استشهادا إلى ارتفاع عدد الأشخاص الذين يحتاجون إلى طرف اصطناعي، من 1.6 مليون في عام 2005 إلى 3.6 مليون في عام 2015. فيولد الكثير من الناس بدون أطراف، ويفقدها بعض الناس خلال حياتهم علي سبيل المثال بسبب أمراض الأوعية الدموية هذا أمر شائع جدًا لدرجة أنك قد تعرف شخصًا يحتاج بالفعل إلى طرف اصطناعي. تخيل الآن أننا نستطيع طلاء الطرف الاصطناعي بهذا الجلد الاصطناعي وإعادة الإحساس لهذا النوع من الناس.
And finally, unfortunately, a very highly cited paper projects the number of people in need of a prosthesis on the rise, from 1.6 million in 2005 to 3.6 million 2015. So a lot of people are born without limbs, and some people lose them during their life due to, for example, vascular diseases. This is so common that you may even know somebody who actually is in a need of prosthesis. Now imagine we could coat the prosthesis with this artificial skin and give this type of people the sensation back.
مع ما يقرب من عقد من العمل في هذا المجال، آمل أن تساعد تقنيات مثل هذه في المستقبل ليس فقط على استعادة القدرات، ولكن أيضًا ربما زيادتها.
With almost a decade of working in this field, I'm hopeful that technologies like this could help in the future not only regain, but also maybe augment capabilities.
شكرًا لكم.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)