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

Translator: alireza masoum Reviewer: mohammad ali masoum

This is a piece of skin.

این قطعه‌ای از پوست است.

Of artificial skin.

پوست مصنوعی.

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

و الان، خب، می‌خواهم به این دست بچسبانم.

and I'll greet you all.

و به همه شما سلام می‌کنم.

(Laughter)

(خنده حضار)

I will show you how it works.

به شما نشان خواهم داد که چگونه کار می‌کند.

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

بنابراین لطفاً به اتفاقاتی که روی میز،

where there is one piece of this artificial skin,

که در آن یک تکه از این پوست مصنوعی وجود دارد،

and also what happens on the screen of the laptop

و همچنین روی صفحه نمایش لپ تاپ

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

که در فیلمی که قرار است شروع شود می‌بینید نگاهی بیندازید.

So this is me.

خب این من هستم،

I'm first breathing on the skin.

من برای اولین بار روی پوست نفس می‌کشم.

And you see now that this line that first was flat

و اکنون می‌بینید که این خطی که ابتدا صاف بود

now shows a bump.

اکنون یک برآمدگی نشان می‌دهد.

And now I'm touching it with my finger.

و اکنون با انگشتم آن را لمس می‌کنم.

And again, another bump.

و دوباره، برجستگی دیگر،

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

یک بار دیگر با پشت پر آن را لمس می‌کنم.

And now tinier bumps are coming.

و اکنون برجستگی‌های کوچک‌تر می‌آیند.

And again. Now even smaller bumps are coming.

و دوباره حالا برجستگی‌های کوچک‌تر نیز در راه است.

But what is this line?

اما این خط چیست؟

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

این، آنچه ما به آن نگاه می کنیم، جریان الکتریکی است،

which first is constant.

که ابتدا ثابت است.

And then when we touch the skin or breathe on it

و سپس وقتی پوست را لمس می‌کنیم یا روی آن نفس می‌کشیم

or touch it with a very light feather,

یا با یک پر بسیار سبک آن را لمس می‌کنیم،

it shows a signal.

یک سیگنال نشان می‌دهد.

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

بنابراین این برآمدگی که می‌بینید یک سیگنال در جریان الکتریکی است.

And this is actually exactly how our skin also works.

و در واقع این دقیقاً چگونگی کار پوست ما نیز است.

So we have receptors in the skin

بنابراین ما گیرنده هایی در پوست داریم

which sense what is happening on the skin.

که حس می‌کنند روی پوست چه اتفاقی می‌افتد.

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

و سپس آنها یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کنند که از طریق اعصاب حرکت می‌کند

and arrives at our brain where it is recognized.

و به مغز ما می‌رسد که در آنجا تشخیص داده می‌شود.

I am a chemist by education,

مدرک من شیمی است،

and I worked in the field of material science,

و در زمینه علم مواد که،

which is a very interdisciplinary field,

یک رشته بسیار بین رشته ای است،

since almost 20 years now.

تقریباً۲۰ سال است که کار می‌کنم.

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

ابتدا به عنوان دانشجوی دکترا در ایتالیا، در باری،

and then at MIT as a postdoc,

و سپس در MIT به عنوان فوق دکترا،

and now I am group leader in Graz.

و اکنون رهبر گروه در گراتس هستم.

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

و نزدیک به شش سال است که روی پوست‌های مصنوعی کار می‌کنیم.

Almost 12 students, between master and doctoral students,

تقریباً ۱۲ دانشجو، بین دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری،

have worked on these devices,

روی این دستگاه‌ها کار کرده‌اند،

trying to study how the materials work,

و سعی کرده‌اند نحوه کار مواد،

how they work together

نحوه کار آنها با یکدیگر

and how to build this device.

و نحوه ساخت این دستگاه را مطالعه کنند.

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

و پس از این، ما برای اولین بار یک پوست مصنوعی تولید کردیم

that can respond at the same time to three stimuli.

که می‌تواند همزمان به سه محرک پاسخ دهد.

Touch, so force,

لمس، فشار،

temperature and humidity.

دما و رطوبت.

And it can do this also at an unprecedented resolution.

و همچنین می‌تواند این کار را با وضوح بی سابقه‌ای انجام دهد.

So it's a very tiny device.

بنابراین این یک دستگاه بسیار کوچک است.

You will see how it is done.

خواهید دید که چگونه انجام می‌شود.

And so this means that it can sense objects

و این بدان معنا است که می‌تواند اجسامی

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

را که در واقع کوچکتر از اجسامی هستند که با پوست ما قابل تشخیص هستند را حس کند.

Our skin has a resolution of one millimeter square.

وضوح پوست ما یک میلی متر مربع است.

This skin has a resolution of 0.25 millimeter square.

این پوست دارای وضوح ۰.۲۵ میلی متر مربع است.

So I promised I would give you some technical details.

بنابراین قول دادم که جزئیات فنی را به شما ارائه کنم.

I know you are really looking forward to them.

می‌دانم که شما واقعا مشتاقانه منتظر آنها هستید.

(Laughter)

(خنده)

The main component of this material, of this skin,

جزء اصلی این ماده، این پوست،

is what is called the stimuli-responsive material.

چیزی است که به آن مواد پاسخگو به محرک‌ها می‌گویند.

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

پس این که به محرک پاسخگو است به چه معنا است؟

It means that at the beginning it is small.

یعنی در ابتدا کوچک است.

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

و وقتی رطوبت یا نور یا PH یا تغییر دما داریم،

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

این ماده تغییر شکل می‌دهد و بزرگتر می‌شود.

It can arrive to even doubling or tripling its thickness,

حتی می‌تواند ضخامتش دو یا سه برابر شود،

its original thickness.

یعنی ضخامت اصلی‌اش،

And this is an amazing property,

و این یک ویژگی شگفت انگیز است،

but it happens at a very, very microscopic scale

اما در مقیاس بسیار بسیار میکروسکوپی اتفاق می‌افتد

because we produce these materials as thin films,

زیرا ما این مواد را به صورت لایه‌های نازک تولید می‌کنیم،

so sometimes even one million times smaller than a millimeter.

بنابراین گاهی اوقات حتی یک میلیون بار کوچکتر از یک میلی متر.

So the problem was, OK,

پس مشکل این بود، خب،

how do we translate this very big change in thickness

چگونه این تغییر بسیار بزرگ در ضخامت را به

into something measurable?

چیزی قابل اندازه گیری ترجمه کنیم؟

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

و فکر کردیم، خوب، بیایید آن را با یک ماده پیزوالکتریک ترکیب کنیم.

Now maybe this word sounds a bit complex.

حالا شاید این کلمه کمی پیچیده به نظر برسد.

Sounds like something you have never seen in your life,

به نظر چیزی می‌رسد که هرگز در زندگی خود ندیده‌اید،

never heard before,

قبلاً نشنیده‌اید،

but it's not really true.

اما واقعاً درست نیست.

You have been in contact with this material many times.

شما بارها با این مطالب در تماس بوده‌اید.

I am in contact with it right now.

من در حال حاضر با آن در تماس هستم.

It's in microphones, for example.

مثلاً، در میکروفون است.

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

بنابراین این ماده‌ای است که وقتی حرکتی وجود دارد،

produces electricity.

الکتریسیته تولید می‌کند.

And so in microphones there are membranes

و بنابراین در میکروفون‌ها غشاهایی وجود دارد

that when they move, produce electricity.

که وقتی حرکت می‌کنند، الکتریسیته تولید می‌کنند.

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

این هم مطالبی است که در این کارت پستال‌های خنده دار وجود دارد

that when you open, they make this music.

که وقتی باز می‌کنید این موسیقی را می‌سازند.

The music is also made with the piezo material.

موسیقی نیز با مواد پیزو ساخته شده است.

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

بنابراین یک مدار الکتریکی در کارت وجود دارد و وقتی آن را باز می‌کنید،

it moves a membrane

یک غشاء حرکت می‌کند

and the membrane makes the music.

و غشاء موسیقی را می‌سازد.

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

و همچنین موادی است که در مچ بندهای بازو گنجانده شده است،

those that measure the heartbeat.

آن‌هایی که ضربان قلب را اندازه می‌گیرند.

OK. So we combined these two materials

خوب. بنابراین ما این دو ماده را

in these cylinders that you see in the picture.

در این استوانه‌هایی که در تصویر مشاهده می‌کنید ترکیب کردیم.

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

بنابراین در وسط ما آن ماده‌ای را داریم که قبلاً به شما نشان دادم،

the stimuli-responsive material,

ماده‌ای که به محرک پاسخ می‌دهد،

the material that changes its thickness

ماده‌ای که ضخامت خود را تغییر می‌دهد

and gets bigger.

و بزرگتر می‌شود.

And on the outer shell we have the piezoelectric material,

و در پوسته بیرونی ما مواد پیزوالکتریک را داریم،

the material that when the inside gets bigger,

ماده‌ای که وقتی داخل بزرگتر می‌شود،

the outside produces the electricity.

بیرون برق تولید می‌کند.

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

به این صورت انجام می‌شود. آسان-پیزی

(Laughter)

(خنده حضار)

Then these type of cylinders are very tiny,

سپس این نوع سیلندرها بسیار ریز هستند،

and we have several of them in this device

و ما چندین مورد از آنها را در این دستگاه داریم

so that we can sense with very high resolution

تا بتوانیم سه نوع محرک مختلف

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

را که قبلاً به شما گفتم با وضوح بسیار بالا حس کنیم.

And a bit more of technical details.

و کمی بیشتر از جزئیات فنی.

I know they are exciting, right?

می‌دانم که آنها هیجان انگیز هستند، درست است؟

So how do we do these cylinders?

بنابراین چگونه می‌توانیم این سیلندرها را انجام دهیم؟

We do them using a template,

ما آنها را با استفاده از یک الگو،

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

که در تصویر بالا می‌بینید انجام می‌دهیم.

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

این قالبی است که چاه‌های زیادی دارد، بنابراین سوراخ‌های زیادی دارد.

And then we refill the holes.

و سپس سوراخ‌ها را دوباره پر می‌کنیم.

First we fill them up with the piezoelectric material,

ابتدا آنها را با مواد پیزوالکتریک که،

which is represented in yellow in the bottom figure,

در شکل پایین به رنگ زرد نشان داده شده است پر می‌کنیم،

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

و سپس آن را با ماده پاسخگو به محرک

that is the light blue in the bottom figure.

که آبی روشن در شکل پایین است پر می‌کنیم.

But to do this we cannot use liquids,

اما برای این کار نمی‌توانیم از مایعات استفاده کنیم،

because as you know,

زیرا همانطور که می‌دانید،

liquids would fill the wells from the bottom up.

مایعات چاه‌ها را از پایین به بالا پر می‌کنند.

And instead we want to cover also the lateral walls.

و در عوض می‌خواهیم دیوارهای جانبی را نیز بپوشانیم.

And so we do this using vapor deposition.

و بنابراین ما این کار را با استفاده از رسوب بخار انجام می‌دهیم.

So the whole process of production of these things

بنابراین کل فرآیند تولید این چیزها

happens in vacuum chambers

در محفظه‌های خلاء

like the one that you can see in the picture.

مانند آنچه در تصویر می‌بینید اتفاق می‌افتد.

And you may be wondering,

و ممکن است تعجب کنید،

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

خوب، چرا روی این موضوع کار می‌کنید؟ چرا روی پوست مصنوعی کار کنیم؟

So from a material scientist point of view,

خب از دیدگاه علم مواد،

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

پوست در واقع مجموعه پیچیده‌ای از مواد و عملکردها است.

Skin is useful for protection, secretion,

پوست برای محافظت، ترشح،

adsorption, heat regulation and sensing.

جذب، تنظیم حرارت و حس کردن مفید است.

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

و بنابراین توانایی بازتولید مصنوعی تمام این خصوصیات --

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

یا در واقع، در حال حاضر فقط احساس --

looked like a challenge.

یک چالش به نظر می‌رسید.

And so I was happy to embrace it.

و خب خوشحال شدم که آن را در آغوش گرفتم.

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

خوب، حالا جزئیات فنی را تمام کرده‌ام.

Now I know you are all wondering,

حالا می‌دانم که همه شما تعجب می‌کنید،

OK, you have done these artificial skins.

خوب، شما کارتان را با این پوست‌های مصنوعی انجام داده‌اید.

But why?

اما چرا؟

(Laughter)

(خنده حضار)

I will show you some fields of application,

من برخی از زمینه‌های کاربردی را به شما نشان می‌دهم،

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

که با یکی از آنها که فکر می‌کنم می‌تواند نزدیک ترین باشد به پایان می‌رسم.

So we have also seen

بنابراین ما همچنین دیدیم

how there are many victims of burns.

که چگونه بسیاری از قربانیان سوختگی وجود دارند.

These burns can be so huge

این سوختگی‌ها می‌توانند آنقدر بزرگ باشند

that they even take away the receptors in the skin.

که حتی گیرنده‌های پوست را از بین ببرند.

And so people would then lose the sensation

و بنابراین مردم پس از آن احساس خود را در جایی

where there was this burn.

که این سوختگی وجود دارد از دست می‌دهند.

Now imagine a future where actually victims of burns

اکنون آینده‌ای را تصور کنید که در آن قربانیان سوختگی

could, thanks to our technologies, regain the sensation.

می‌توانند به لطف فناوری‌های ما، دوباره احساس خود را به دست آورند.

216 million users of smartwatches in 2022.

۲۱۶ میلیون کاربر ساعت هوشمند در سال ۲۰۲۲.

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

آیا باید بپرسم الان چند نفر از شما ساعت هوشمند دارید؟

Wearing a smartwatch?

ساعت هوشمند می‌بندید؟

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

بله، بنابراین تصور کنید که مثلاً در یک روز گرم در حال دویدن هستید،

and your smartwatch could measure, for example,

و ساعت هوشمند شما می‌تواند، به عنوان مثال،

the level of hydration of your skin

سطح هیدراتاسیون پوست شما را اندازه گیری کند

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

و شاید اگر به حد مجاز آبرسانی رسیده‌اید به شما هشدار دهد.

Another interesting field of application would be robotics.

یکی دیگر از زمینه‌های کاربردی جالب رباتیک خواهد بود.

Nowadays, humanoid robots are used in many fields,

امروزه ربات‌های انسان نما در بسیاری از زمینه‌ها،

for example in medicine

به عنوان مثال در پزشکی

but also in household.

و همچنین در خانه استفاده می‌شود.

And these robots are exposed to several stimuli,

و این ربات‌ها در معرض چندین محرک،

several interactions with the environment and with the humans,

چندین تعامل با محیط و انسان قرار می‌گیرند،

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

و گاهی اوقات ورودی‌های بیش از حد به طور همزمان دارند.

And this is the reason number one for robot failure.

و این دلیل شماره یک شکست ربات است.

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

پس آینده‌ای را تصور کنید که در آن ربات می‌تواند کمی حساس تر،

a bit smarter.

کمی باهوش‌تر باشد.

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

این همچنین منجر به ایمنی بالاتر این فناوری می‌شود.

And finally, unfortunately,

و سرانجام، متأسفانه،

a very highly cited paper projects

یک مقاله بسیار پراستناد

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

تعداد افراد نیازمند به پروتز را در حال افزایش،

from 1.6 million in 2005

از میلیون در سال ۲۰۰۵

to 3.6 million 2015.

به ۳.۶ میلیون در سال ۲۰۱۵ نشان می‌دهد.

So a lot of people are born without limbs,

بنابراین بسیاری از افراد بدون دست و پا به دنیا می‌آیند،

and some people lose them during their life

و برخی از افراد در طول زندگی خود

due to, for example, vascular diseases.

آنها را به دلیل، مثلاً، بیماری‌های عروقی از دست می‌دهند.

This is so common that you may even know somebody

این به قدری رایج است که حتی ممکن است شخصی را بشناسید

who actually is in a need of prosthesis.

که واقعاً به پروتز نیاز دارد.

Now imagine we could coat the prosthesis with this artificial skin

حالا تصور کنید می‌توانیم پروتز را با این پوست مصنوعی بپوشانیم

and give this type of people the sensation back.

و به این نوع افراد حس را برگردانیم.

With almost a decade of working in this field,

با تقریباً یک دهه کار در این زمینه،

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

امیدوار هستم که فناوری‌هایی مانند این بتوانند در آینده نه تنها به بازیابی

not only regain, but also maybe augment capabilities.

بلکه شاید افزایش قابلیت‌ها نیز کمک کنند.

Thank you.

سپاسگزارم.

(Applause)

(تشویق حضار)