Elektroniczna „skóra” bez chipa może być przyszłością urządzeń osobistych

skóra
Eksperci z Massachusetts Institute of Technology opracowali nowy typ czujnika do noszenia, który zasadniczo działa jak elektroniczna skóra. W dzisiejszych czasach koncepcja miękkiej syntetycznej skóry ze zintegrowanymi układami elektronicznymi nie jest niczym nowym w dziedzinie nauk medycznych. Ale to, co sprawia, że ​​najnowsza innowacja MIT to fakt, że e-skórka nie potrzebuje żadnych specjalistycznych czujników ani chipów, ani modułu Bluetooth do komunikacji z koncentratorem, takim jak smartfon, w celu przesyłania danych, czy to ze stanu zdrowia.

Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science mówią o cienkiej, lepkiej warstwie na powierzchni ciała, jak druga skóra. Membrana wykonana jest ze związku zwanego azotkiem galu, który ma właściwości piezoelektryczne. Mówiąc najprościej, materiał piezoelektryczny to substancja, która po naciśnięciu generuje prąd elektryczny. Materiały piezoelektryczne mają szeroki zakres zastosowań, od smartfonów po obrazowanie ultrasonograficzne w szpitalach.

Po nałożeniu na skórę, te dwukierunkowe czujniki piezoelektryczne mogą być używane do wykrywania odpowiednich biomarkerów, a także do wysyłania pakietów danych bez potrzeby stosowania dedykowanego modułu komunikacji bezprzewodowej lub chipa bioczujnika. Chodzi o to, że unikalne właściwości azotku galu mogą wykrywać ruch impulsów pod skórą i przekształcać je w sygnały elektryczne. I odwrotnie, może wibrować w odpowiedzi na impuls elektryczny w skórze.

Jak to może zmienić zasady gry

Zespół MIT stojący za ideą elektronicznej skóry twierdzi, że matrycę czujników piezoelektrycznych można wykorzystać do analizy tętna, oceny parametrów potu, a nawet wykrywania ekspozycji na promieniowanie UV. Aby określić praktyczną wykonalność pomysłu, zespół pobrał próbki azotku galu i połączył je z warstwą przewodzącego złota, aby zwiększyć wydajność sygnału elektrycznego. Zespół odkrył, że szyk piezoelektryczny wibruje pod wpływem impulsów pod skórą.

Ponadto wykazano, że naelektryzowana skóra jest również wrażliwa na stężenie soli w ludzkim pocie. Do chwili obecnej nie ma dostępnych na rynku urządzeń do noszenia, które mogłyby przeprowadzać analizę chemiczną potu. Opracowywana jest również nieinwazyjna metoda wykrywania poziomu cukru we krwi, ale do tej pory nawet giganci technologiczni, tacy jak Apple i Samsung, nie byli w stanie tego rozgryźć. Innowacyjne podejście MIT do rozmieszczania materiałów piezoelektrycznych może być liderem na wiele sposobów.

Wchodzi część wrażliwa. Wibracje materiału piezoelektrycznego reagują na ruch impulsu, tworząc sygnał elektryczny, który może zostać wykryty przez pobliski odbiornik. W przyszłości tym urządzeniem odbiorczym może być smartfon, a nawet bransoletka fitness na nadgarstku. Co naprawdę niezwykłe, elektroniczna skórka może zbierać dane, a następnie wysyłać je do odbiornika bez potrzeby posiadania dedykowanego mikroczipa czy nawet baterii zasilającej całe urządzenie.

Perspektywy na przyszłość

Zespół proponuje pomysł, aby wibracje generowane w warstwie materiału piezoelektrycznego mogły być wykorzystane jako wskaźnik częstości akcji serca, zwłaszcza w przypadku nagłych skoków tętna. Podobnie jak zmiany częstości akcji serca, warstwa azotku galu jest również wrażliwa na zmiany w składzie chemicznym potu i ekspozycji skóry na światło ultrafioletowe.

To, co jest naprawdę niezwykłe, to fakt, że elektroniczna skóra stworzona przez ekspertów z MIT ma tylko 250 nanometrów grubości, czyli jest około 100 razy cieńsza niż przeciętny ludzki włos. Podczas fazy testów plastry te zostały nałożone na okolice nadgarstka i szyi i były w stanie wykrywać i bezprzewodowo przesyłać zmiany tętna do prostego odbiornika znajdującego się w pobliżu (z MIT).

Aby wykryć zmiany w chemii potu, elektroniczna skóra została nieznacznie zmodyfikowana, aby dodać czułą na jony membranę zdolną do przyciągania jonów sodu. W ten sposób skóra elektroniczna może wykrywać zmiany poziomu sodu w pocie osoby i przesyłać dane do urządzenia odbiorczego.

Jeśli chodzi o potencjalne zastosowania, Jeehwan Kim z Electronics Research Laboratory zauważa, że ​​„Możesz nosić go jak bandaż i sparować z bezprzewodowym miernikiem w telefonie komórkowym, możesz bezprzewodowo monitorować puls, pot i inne biomarkery”. Większa wszechstronność, mniej kłopotów.

Ale oto zabawna część: elektroniczna skóra może być łatwo wyposażona w inny rodzaj wrażliwej na jony membrany, która jest wrażliwa na inne substancje chemiczne, takie jak glukoza i kortyzol w pocie. Współautor Jun Min Suh.andnbsp dodaje: „Wykazaliśmy zdolność do wykrywania sodu, ale jeśli zmienisz membranę detekcyjną, możesz wykryć dowolne biomarkery”.

W 2018 r. zespół ze Stanford University opracował również urządzenie do noszenia, które może mierzyć poziom kortyzolu w pocie i analizować poziom stresu. Ponadto badania nad komórkami z 2021 r. prowadzone przez Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne we Francji wykazały, że kortyzol może być stosowany jako biomarker w leczeniu stanów takich jak wypalenie i otyłość.

Kolejną ważną zaletą jest miękka e-skin, co oznacza, że ​​zadbano o aspekt komfortu. To ulga, ponieważ spanie podczas noszenia smartwatcha, który zbiera szczegółowe informacje o wzorcach tętna, nie jest najwygodniejszym doświadczeniem. Ponadto śledzenie snu w połączeniu z ciągłym monitorowaniem tętna również obciąża żywotność baterii smartwatcha.

Zdolność elektronicznej skóry do przesyłania danych dotyczących tętna i składu chemicznego potu bez potrzeby korzystania z chipa lub urządzenia to naprawdę niezwykły krok naprzód. Praca w tej dziedzinie to ogromny proces. Od potencjalnych tatuaży do monitorowania stanu zdrowia po sztuczną skórę, która może wyleczyć własne siniaki, możliwości są prawie nieograniczone.

Dodaj komentarz