इलेक्ट्रॉनिक्स को जीवित प्रणालियों में शामिल करना
आधुनिक जीवन इलेक्ट्रॉनिक्स से भरा हुआ है जिसका उद्देश्य हमारे दिनों को अधिक सुविधाजनक और कनेक्टेड बनाना है। स्मार्टफोन से लेकर स्मार्ट होम तक, डिजिटल डिवाइस हमारे काम करने, खेलने और दुनिया के साथ बातचीत करने के तरीके से गहराई से जुड़ गए हैं। हालाँकि, अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक गैजेट में एक प्रमुख विशेषता की कमी होती है - हमारे शरीर और पर्यावरण की जीवित, सांस लेने वाली सतहों के साथ सहज रूप से जुड़ने की क्षमता। क्या होगा अगर हमारे इलेक्ट्रॉनिक्स त्वचा, पौधों और अन्य जैविक सामग्रियों के साथ अगोचर बंधन बना सकें? कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने जैविक "बायोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर" के निर्माण के माध्यम से ऐसा करने का एक अभिनव तरीका खोज लिया है।
जब बात अनियमित, लगातार बदलते रहने वाले जीवों के रूपों के साथ एकीकृत होने की आती है, तो पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स संघर्ष करते हैं। पतले, कठोर इलेक्ट्रॉनिक घटक त्वचा के नीचे या पौधों की पत्तियों के ऊपर झुर्रियों, विस्तार और संपीड़न के अनुरूप नहीं हो पाते हैं। वे भारीपन, कठोरता और सीमित सांस लेने की क्षमता के माध्यम से प्राकृतिक संवेदनाओं, कार्यों और परिवर्तनों में हस्तक्षेप करने का जोखिम भी उठाते हैं। कैम्ब्रिज के इंजीनियरिंग विभाग के अध्ययन नेता डॉ. यान यान शेरी हुआंग के अनुसार, "आदर्श रूप से, बायोइलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस को अपने मेजबानों की अंतर्निहित संवेदनाओं और शारीरिक परिवर्तनों को बाधित नहीं करना चाहिए।"
इन मुद्दों को संबोधित करने की कोशिश में, डॉ. हुआंग और उनके सहयोगियों ने मकड़ी के जाले से प्रेरित एक रेशेदार दृष्टिकोण की ओर रुख किया। मकड़ियाँ जटिल पैटर्न वाली लेकिन हल्के जाल के मास्टर आर्किटेक्ट हैं जो स्थानीय वातावरण के लिए पूरी तरह से अनुकूलित हैं। शोधकर्ताओं ने सोचा कि क्या माइक्रोस्केल इलेक्ट्रॉनिक फाइबर सीधे जीवित सब्सट्रेट पर तैनात होने पर अनुकूलन योग्य, न्यूनतम रूप से परेशान करने वाले वृद्धि के समान करतब हासिल कर सकते हैं।
कुंजी विशेष "बायोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर" विकसित करना था जो पॉली(
ऑर्बिटल स्पिनिंग में, शोधकर्ता एक घूमने वाले हाथ को लक्ष्य सतह के ऊपर लंगर डालते हैं - चाहे वह उंगली की नोक हो, पौधे का पत्ता हो या मुर्गी का भ्रूण। जैसे-जैसे हाथ घूमता है, इसके किनारे सीधे नीचे लक्ष्य पर एक सिरिंज नोजल से घोल के धागे को घुमाते हैं। केशिका और चिपचिपा बल घुमाव के साथ सामग्री को ठीक उसी जगह पर जोड़ने वाले धागों में ढालते हैं जहाँ ज़रूरत होती है। घूमने की गति जैसे चरों को समायोजित करके, एक एकल नोजल लगभग उतनी ही तेज़ी से जटिल फाइबर पैटर्न तैयार कर सकता है जितनी तेज़ी से मकड़ियाँ अपना जाल बुनती हैं।
इस दृष्टिकोण को लागू करते हुए, शोधकर्ताओं ने 1-5 माइक्रोमीटर मोटे बायोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर को विभिन्न जीवित रूपों पर "टेदरिंग" करने में सफलता प्राप्त की। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ने पाया कि फाइबर सूक्ष्म दरारों और पौधों के ट्राइकोम और बालों के रोम से लेकर उंगलियों के निशान तक की आकृति के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं। इस तरह का नैनोस्केल संपर्क महत्वपूर्ण है क्योंकि यह नीचे की सतहों से सूक्ष्म विद्युत, तापीय और नमी संकेतों को प्रसारित करने की अनुमति देता है।
महत्वपूर्ण रूप से, परीक्षणों में पाया गया कि हल्के घूमने वाले स्पर्शों ने चिकन भ्रूण और संवेदनशील मिमोसा पुडिका पत्तियों जैसे जैविक नमूनों को अपरिवर्तित छोड़ दिया। "हमारे परिणाम दिखाते हैं कि विकासशील ऊतक पर फाइबर नेटवर्क वाले दूसरे दिन के चिकन भ्रूण सामान्य वृद्धि दर प्रदर्शित करते हैं," डॉ. हुआंग ने कहा। इसलिए फाइबर जमाव जीवित सब्सट्रेट को पत्तियों और दीवारों से संपर्क करने वाले मकड़ी के पैरों से थोड़ा अधिक प्रभावित करता है।
अपने न्यूनतम रूप से परेशान करने वाले फाइबर नेटवर्क से लैस होकर, शोधकर्ताओं ने विविध अगोचर सेंसर बनाए। मानव त्वचा पर, उन्होंने मेक-डू इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम और इलेक्ट्रोमायोग्राम इलेक्ट्रोड बनाए जो दिल की धड़कन और मांसपेशियों की हरकतों को ट्रैक करते थे। फाइबर स्पर्श-संवेदनशील पौधों की पत्तियों के साथ उंगलियों को जोड़कर उन्हें जीवित सर्किट में बदल सकते हैं, जिससे शारीरिक संपर्क में दो व्यक्तियों से दोहरी इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम रिकॉर्डिंग संभव हो जाती है।
पौधों में, वितरित फाइबर ग्रिड ने नेटवर्क के माध्यम से संचालित होने पर एलईडी की चमक में परिवर्तन के माध्यम से पर्यावरण अमोनिया जोखिम का पता लगाया। और पत्तियों पर, शोधकर्ताओं ने अवांछित निशानों को मिटाकर और नए कनेक्शन जोड़कर फाइबर सर्किट को "फिर से लिखा" - यह दर्शाता है कि फाइबर नेटवर्क विकासात्मक परिवर्तन पर अनुकूली, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य संवेदन को कैसे बढ़ावा देते हैं।
शायद सबसे उल्लेखनीय बात यह है कि बायोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर ने माइक्रोमीटर से लेकर सेंटीमीटर तक के पैमाने पर सब्सट्रेट को जोड़ा। टीम ने फाइबर एरे को माइक्रो-एलईडी जैसे प्रीफैब्रिकेटेड इलेक्ट्रॉनिक घटकों से सीधे जोड़ा, बिना चिपकने वाले या स्ट्रेचेबिलिटी जैसे लापता भौतिक गुणों के लिए स्टैंड-इन की आवश्यकता के। भविष्य में, इसी तरह के सूखे इंटरफेसियल बॉन्डिंग से फाइबर को इलेक्ट्रॉनिक टेक्सटाइल से जोड़ा जा सकता है, जो वास्तव में सॉफ्ट मशीनरी को हार्डी प्लांट और मानव ऊतकों में बुनता है।
अन्य वृद्धि विधियों की तुलना में, फाइबर तकनीक असाधारण रूप से टिकाऊ साबित होती है। इसके कच्चे माल में पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में यौगिक शामिल होते हैं, और प्रक्रियाएँ न्यूनतम ऊर्जा, घोल की मात्रा का उपभोग करती हैं, और बहुत कम अपशिष्ट उत्पन्न करती हैं। निर्मित नेटवर्क भी मरम्मत योग्य और पुनर्चक्रणीय साबित हुए - एकत्रित फाइबर बाद में 3D प्रिंटिंग उपकरणों के लिए स्याही में फिर से घुलने योग्य थे। अध्ययन के सह-लेखक और मकाऊ विश्वविद्यालय के प्रोफेसर इएक मैन लेई के अनुसार इस तरह के बंद-लूप जीवन चक्र इलेक्ट्रॉनिक्स के पर्यावरणीय प्रभावों को कम करने में मदद कर सकते हैं।
जीव विज्ञान और प्रौद्योगिकी को धागे के सिरों पर एक साथ पिरोकर, यह कार्य जीवित रूपों और व्यापक डिजिटल दुनिया के बीच अधिक प्राकृतिक, अगोचर एकता की ओर एक रास्ता बनाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स को कई पैमानों पर विविध सतहों के साथ घनिष्ठ संपर्क में लाने के माध्यम से, बायोइलेक्ट्रॉनिक फाइबर एक दिन हमें, पौधों और बहुत कुछ को बहुमुखी संवेदी त्वचा में लपेट सकते हैं। यदि सोच-समझकर पैमाने पर और एकीकृत किया जाए, तो इस तरह के संवर्द्धन स्वास्थ्य, पर्यावरण और कृषि लाभ प्रदान कर सकते हैं जबकि जीवन के अंतर्निहित गुणों की नकल नहीं बल्कि पूरक हो सकते हैं। अंत में, रेशेदार धागों से इलेक्ट्रॉनिक्स तैयार करना मशीनरी को प्रकृति की टेपेस्ट्री में सबसे सहजता से बुन सकता है। हालांकि अभी भी शुरुआती चरणों में है, यह शोध प्रौद्योगिकी को हमारी दुनिया का और भी अधिक अगोचर हिस्सा बनाने की संभावनाओं को जन्म देता है।
संदर्भ
- डीओआई: 10.1038/एस41928-024-01174-4
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