Artificial Skin? We Made It — Here's Why | Anna Maria Coclite | TED

المترجم: Doha Askalany المدقّق: Hani Eldalees

This is a piece of skin.

هذه قطعة من الجلد.

Of artificial skin.

من الجلد الصناعي.

And now, OK, I’m just going to paste it on this hand,

والآن، حسنًا، سأقوم بلصقها على هذه اليد،

and I'll greet you all.

وسأحييكم جميعًا.

(Laughter)

(ضحك)

I will show you how it works.

سأوضح لكم كيف يعمل.

So please have a look at what happens on the table,

لذا يرجى إلقاء نظرة على ما يحدث على الطاولة،

where there is one piece of this artificial skin,

حيث توجد قطعة واحدة من هذا الجلد الاصطناعي،

and also what happens on the screen of the laptop

وكذلك ما يحدث على شاشة الكمبيوتر المحمول

that you see in the video that is about to start.

الذي تراه في الفيديو الذي على وشك البدء.

So this is me.

لذلك هذا أنا.

I'm first breathing on the skin.

أنا أتنفس أولاً على الجلد.

And you see now that this line that first was flat

وترون الآن أن هذا الخط الذي كان مسطحًا في البداية يظهر

now shows a bump.

الآن نتوءًا.

And now I'm touching it with my finger.

والآن ألمسها بإصبعي.

And again, another bump.

ومرة أخرى، نتوء آخر.

I am touching it one more time with the back of a feather.

أنا ألمسها مرة أخرى بالجزء الخلفي من الريشة.

And now tinier bumps are coming.

والآن تأتي المطبات الصغيرة.

And again. Now even smaller bumps are coming.

ومرة أخرى. الآن تأتي نتوءات أصغر.

But what is this line?

ولكن ما هو هذا الخط؟

This, what we are looking at, is electrical current,

هذا، ما ننظر إليه، هو تيار كهربي،

which first is constant.

وهو أولًا ثابت.

And then when we touch the skin or breathe on it

ثم عندما نلمس الجلد أو نتنفسه

or touch it with a very light feather,

أو نلمسه بريشة خفيفة جدًا،

it shows a signal.

فإنها تظهر إشارة.

So this bump that you see is a signal in the electrical current.

لذا فإن هذا النتوء الذي تراه هو إشارة في التيار الكهربائي.

And this is actually exactly how our skin also works.

وهذه في الواقع هي بالضبط الطريقة التي تعمل بها بشرتنا أيضًا.

So we have receptors in the skin

لذلك لدينا مستقبلات في الجلد

which sense what is happening on the skin.

تستشعر ما يحدث على الجلد.

And then they produce an electrical signal which travels through the nerves

ثم ينتجون إشارة كهربائية تنتقل عبر الأعصاب

and arrives at our brain where it is recognized.

وتصل إلى دماغنا حيث يتم التعرف عليها.

I am a chemist by education,

أنا كيميائي من خلال التعليم،

and I worked in the field of material science,

وعملت في مجال علوم المواد،

which is a very interdisciplinary field,

وهو مجال متعدد التخصصات للغاية،

since almost 20 years now.

منذ ما يقرب من 20 عامًا حتى الآن.

First, as a PhD student in Italy, in Bari,

أولاً، كطالب دكتوراه في إيطاليا، في باري،

and then at MIT as a postdoc,

ثم كباحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا،

and now I am group leader in Graz.

والآن أنا قائد مجموعة في غراتس.

And it is almost six years that we are working on artificial skins.

وقد مرت ست سنوات تقريبًا على العمل على الجلود الاصطناعية.

Almost 12 students, between master and doctoral students,

تقريبا 12 طالبًا، بين طلاب الماجستير والدكتوراه

have worked on these devices,

عملوا على هذه الأجهزة

trying to study how the materials work,

لمحاولة دراسة كيف تستخدم المواد

how they work together

وكيفية عملها معًا

and how to build this device.

وكيفية بناء هذا الجهاز.

And after this, we have for the first time produced an artificial skin

وبعد ذلك، قمنا لأول مرة بإنتاج جلد اصطناعي

that can respond at the same time to three stimuli.

يمكنه الاستجابة في نفس الوقت لثلاثة محفزات.

Touch, so force,

اللمس، وبالتالي القوة

temperature and humidity.

ودرجة الحرارة والرطوبة.

And it can do this also at an unprecedented resolution.

ويمكنها القيام بذلك أيضًا بدقة غير مسبوقة.

So it's a very tiny device.

لذا فهو جهاز صغير جدًا.

You will see how it is done.

سترى كيف يتم ذلك.

And so this means that it can sense objects

وهذا يعني أنه يمكنه استشعار الأشياء

that are actually smaller than the objects that can be sensed with our skin.

التي هي في الواقع أصغر من الأشياء التي يمكن استشعارها ببشرتنا.

Our skin has a resolution of one millimeter square.

تبلغ دقة بشرتنا ملليمتر واحد مربع.

This skin has a resolution of 0.25 millimeter square.

تبلغ دقة هذا الجلد 0.25 ملليمتر مربع.

So I promised I would give you some technical details.

لذلك وعدت أن أقدم لك بعض التفاصيل الفنية.

I know you are really looking forward to them.

أعلم أنك تتطلع إليهم حقًا.

(Laughter)

(ضحك)

The main component of this material, of this skin,

المكون الرئيسي لهذه المادة، لهذا الجلد،

is what is called the stimuli-responsive material.

هو ما يسمى بالمواد المستجيبة للمحفزات.

So what does it mean that it is stimuli-responsive?

إذن ماذا يعني أنها تستجيب للمحفزات؟

It means that at the beginning it is small.

هذا يعني أنه صغير في البداية.

And when we have either humidity or light or pH or temperature changes,

وعندما تكون لدينا الرطوبة أو الضوء أو درجة الحموضة أو تغيرات درجة الحرارة،

this material changes in its shape, and it becomes bigger.

تتغير هذه المادة في شكلها وتصبح أكبر.

It can arrive to even doubling or tripling its thickness,

يمكن أن تصل إلى مضاعفة أو مضاعفة

its original thickness.

سمكها الأصلي ثلاث مرات.

And this is an amazing property,

وهذه خاصية مذهلة،

but it happens at a very, very microscopic scale

لكنها تحدث على نطاق ميكروسكوبي جدًا

because we produce these materials as thin films,

لأننا ننتج هذه المواد كأغشية رقيقة،

so sometimes even one million times smaller than a millimeter.

وأحيانًا أصغر بمليون مرة من المليمتر.

So the problem was, OK,

لذا كانت المشكلة، حسنًا،

how do we translate this very big change in thickness

كيف نترجم هذا التغيير الكبير جدًا في السماكة

into something measurable?

إلى شيء قابل للقياس؟

And we thought, OK, let's combine it with a piezoelectric material.

وفكرنا، حسنًا، دعونا ندمجها مع مادة كهرضغطية.

Now maybe this word sounds a bit complex.

الآن ربما تبدو هذه الكلمة معقدة بعض الشيء.

Sounds like something you have never seen in your life,

يبدو وكأنه شيء لم تره من قبل في حياتك،

never heard before,

ولم تسمعه من قبل،

but it's not really true.

لكنه ليس صحيحًا حقًا.

You have been in contact with this material many times.

لقد كنت على اتصال بهذه المواد عدة مرات.

I am in contact with it right now.

أنا على اتصال بها الآن.

It's in microphones, for example.

إنه في الميكروفونات، على سبيل المثال.

So it's the material that when there is a movement,

لذا فهي المادة التي

produces electricity.

تنتج الكهرباء عندما تكون هناك حركة.

And so in microphones there are membranes

وهكذا توجد في الميكروفونات أغشية

that when they move, produce electricity.

تنتج الكهرباء عندما تتحرك.

It's also the material that is in these funny greeting cards

إنها أيضًا المادة الموجودة في بطاقات المعايدة المضحكة هذه

that when you open, they make this music.

والتي عند فتحها، فإنها تصنع هذه الموسيقى.

The music is also made with the piezo material.

الموسيقى مصنوعة أيضًا من مادة بيزو.

So there is an electrical circuit into the card and when you open it,

لذلك هناك دائرة كهربائية في البطاقة وعندما تفتحها،

it moves a membrane

فإنها تحرك الغشاء

and the membrane makes the music.

والغشاء يصنع الموسيقى.

And it's also the material that is included in the arm wristbands,

وهي أيضًا المادة المضمنة في أساور الذراع،

those that measure the heartbeat.

تلك التي تقيس نبضات القلب.

OK. So we combined these two materials

موافق. لذلك قمنا بدمج هاتين المادتين

in these cylinders that you see in the picture.

في هذه الأسطوانات التي تراها في الصورة.

So in the middle we have that material I showed you before,

لذا في المنتصف لدينا تلك المادة التي عرضتها عليكم من قبل،

the stimuli-responsive material,

المادة المستجيبة للمحفزات،

the material that changes its thickness

المادة التي تغير سمكها

and gets bigger.

وتكبر.

And on the outer shell we have the piezoelectric material,

وعلى الغلاف الخارجي لدينا مادة كهرضغطية، وهي المادة

the material that when the inside gets bigger,

التي عندما يكبر الداخل،

the outside produces the electricity.

ينتج الخارج الكهرباء.

And this is how it is done. Easy-peasy.

وهذه هي الطريقة التي يتم بها ذلك. سهل جدا.

(Laughter)

(ضحك)

Then these type of cylinders are very tiny,

ثم يكون هذا النوع من الأسطوانات صغيرًا جدًا،

and we have several of them in this device

ولدينا العديد منها في هذا الجهاز

so that we can sense with very high resolution

حتى نتمكن من الشعور بدقة

the three different types of stimuli I was telling you before.

عالية جدًا بالأنواع الثلاثة المختلفة من المحفزات التي أخبرتك بها من قبل.

And a bit more of technical details.

والمزيد من التفاصيل الفنية.

I know they are exciting, right?

أعلم أنها مثيرة، أليس كذلك؟

So how do we do these cylinders?

إذن كيف نفعل هذه الأسطوانات؟

We do them using a template,

نقوم بها باستخدام قالب،

the one that you see in the picture on the top.

النموذج الذي تراه في الصورة في الأعلى.

This is a template with a lot of wells, so a lot of holes.

هذا قالب يحتوي على الكثير من الآبار، لذلك هناك الكثير من الثقوب.

And then we refill the holes.

ثم نقوم بإعادة ملء الثقوب.

First we fill them up with the piezoelectric material,

أولاً نملأها بالمواد الكهروإجهادية،

which is represented in yellow in the bottom figure,

والتي يتم تمثيلها باللون الأصفر في الشكل السفلي،

and then we fill it up with the stimuli-responsive material

ثم نملأها بالمواد المستجيبة للمحفزات

that is the light blue in the bottom figure.

وهي اللون الأزرق الفاتح في الشكل السفلي.

But to do this we cannot use liquids,

ولكن للقيام بذلك لا يمكننا استخدام السوائل،

because as you know,

لأنه كما تعلمون،

liquids would fill the wells from the bottom up.

سوف تملأ السوائل الآبار من الأسفل إلى الأعلى.

And instead we want to cover also the lateral walls.

وبدلاً من ذلك نريد تغطية الجدران الجانبية أيضًا.

And so we do this using vapor deposition.

وهكذا نقوم بذلك باستخدام ترسيب البخار.

So the whole process of production of these things

لذا فإن عملية إنتاج هذه الأشياء بأكملها

happens in vacuum chambers

تحدث في غرف التفريغ

like the one that you can see in the picture.

مثل تلك التي يمكنك رؤيتها في الصورة.

And you may be wondering,

وقد تتساءل،

OK, why working on this topic? Why working on artificial skin?

حسنًا، لماذا العمل على هذا الموضوع؟ لماذا العمل على الجلد الاصطناعي؟

So from a material scientist point of view,

لأن من وجهة نظر علماء المواد،

the skin is really a complex ensemble of materials and functions.

فإن الجلد عبارة عن مجموعة معقدة من المواد والوظائف.

Skin is useful for protection, secretion,

الجلد مفيد للحماية والإفراز

adsorption, heat regulation and sensing.

والامتصاص وتنظيم الحرارة والاستشعار.

And so being able to just reproduce artificially all these properties --

ولذا فإن القدرة على إعادة إنتاج كل هذه الخصائص بشكل مصطنع -

or actually, for the moment, only the sensation --

أو في الواقع، في الوقت الحالي، الإحساس فقط -

looked like a challenge.

بدت وكأنها تحدٍ.

And so I was happy to embrace it.

ولذا كنت سعيدًا باحتضانها.

OK, now I'm done with the technical details.

حسنًا، انتهيت الآن من التفاصيل الفنية.

Now I know you are all wondering,

الآن أعلم أنكم جميعًا تتساءلون،

OK, you have done these artificial skins.

حسنًا، لقد صنعتم هذه الجلود الاصطناعية.

But why?

ولكن لماذا؟

(Laughter)

(ضحك)

I will show you some fields of application,

سأعرض عليكم بعض مجالات التطبيق، والتي

ending with the one that I think could be the closest.

تنتهي بالمجال الذي أعتقد أنه قد يكون الأقرب.

So we have also seen

لذلك رأينا أيضًا

how there are many victims of burns.

كيف يوجد العديد من ضحايا الحروق.

These burns can be so huge

يمكن أن تكون هذه الحروق ضخمة جدًا

that they even take away the receptors in the skin.

لدرجة أنها تزيل المستقبلات الموجودة في الجلد.

And so people would then lose the sensation

وهكذا يفقد الناس الإحساس

where there was this burn.

بمكان حدوث هذا الحرق.

Now imagine a future where actually victims of burns

تخيل الآن مستقبلاً

could, thanks to our technologies, regain the sensation.

يمكن فيه لضحايا الحروق بالفعل، بفضل تقنياتنا، استعادة الإحساس.

216 million users of smartwatches in 2022.

22 مليون مستخدم للساعات الذكية في 2022

Should I ask how many of you have a smartwatch now?

هل يجب أن أسأل كم منكم لديه ساعة ذكية الآن؟

Wearing a smartwatch?

هل ترتدي ساعة ذكية؟

Yeah, so imagine you are, for example, running on a hot day,

نعم، لذا تخيل أنك، على سبيل المثال، تجري في يوم حار،

and your smartwatch could measure, for example,

ويمكن لساعتك الذكية أن تقيس، على سبيل المثال،

the level of hydration of your skin

مستوى ترطيب بشرتك

and warn you maybe if you are reaching the limit of the hydration.

وتحذرك ربما إذا وصلت إلى الحد الأقصى من الترطيب.

Another interesting field of application would be robotics.

مجال آخر مثير للاهتمام للتطبيق هو الروبوتات.

Nowadays, humanoid robots are used in many fields,

في الوقت الحاضر، تُستخدم الروبوتات البشرية في العديد من المجالات،

for example in medicine

على سبيل المثال في الطب

but also in household.

ولكن أيضًا في المنزل.

And these robots are exposed to several stimuli,

وتتعرض هذه الروبوتات للعديد من المحفزات،

several interactions with the environment and with the humans,

والعديد من التفاعلات مع البيئة ومع البشر،

and sometimes they have too many inputs at the same time.

وأحيانًا يكون لديها الكثير من المدخلات في نفس الوقت.

And this is the reason number one for robot failure.

وهذا هو السبب الأول لفشل الروبوت.

So imagine a future where actually a robot could be a bit more sensitive,

لذا تخيل مستقبلاً يمكن أن يكون فيه الروبوت في الواقع أكثر حساسية وأذكى

a bit smarter.

قليلاً.

This would lead also to a higher safety of this technology.

هذا من شأنه أن يؤدي أيضًا إلى سلامة أعلى لهذه التكنولوجيا.

And finally, unfortunately,

وأخيرًا، لسوء الحظ،

a very highly cited paper projects

تشير الورقة البحثية الأكثر استشهادا

the number of people in need of a prosthesis on the rise,

إلى ارتفاع عدد الأشخاص الذين يحتاجون إلى طرف اصطناعي،

from 1.6 million in 2005

من 1.6 مليون في عام 2005

to 3.6 million 2015.

إلى 3.6 مليون في عام 2015.

So a lot of people are born without limbs,

فيولد الكثير من الناس بدون أطراف،

and some people lose them during their life

ويفقدها بعض الناس خلال حياتهم

due to, for example, vascular diseases.

علي سبيل المثال بسبب أمراض الأوعية الدموية

This is so common that you may even know somebody

هذا أمر شائع جدًا لدرجة أنك قد تعرف شخصًا

who actually is in a need of prosthesis.

يحتاج بالفعل إلى طرف اصطناعي.

Now imagine we could coat the prosthesis with this artificial skin

تخيل الآن أننا نستطيع طلاء الطرف الاصطناعي بهذا الجلد

and give this type of people the sensation back.

الاصطناعي وإعادة الإحساس لهذا النوع من الناس.

With almost a decade of working in this field,

مع ما يقرب من عقد من العمل في هذا المجال،

I'm hopeful that technologies like this could help in the future

آمل أن تساعد تقنيات مثل هذه في المستقبل

not only regain, but also maybe augment capabilities.

ليس فقط على استعادة القدرات، ولكن أيضًا ربما زيادتها.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)