Descoperirea unui nou tip de „piele electronică” maleabilă, autovindecabilă și complet reciclabilă are aplicații largi în monitorizarea sănătății, robotică, protetică și dispozitive biomedicale îmbunătățite.
Un studiu publicat in Avansuri de știință prezintă o nouă piele electronică (sau pur și simplu e-skin) care are o multitudine de proprietăți, inclusiv maleabilitatea, auto-vindecarea și reciclabilitatea completă în comparație cu cea umană. piele1.Pielea, cel mai mare organ al nostru, este învelișul cărnos când este văzută din exterior. Pielea noastră este un organ extrem de versatil care acționează ca un scut impermeabil, izolator și ne protejează corpul de o varietate de pericole sau factori externi, de exemplu, dăunătoarea soarelui. Unele dintre funcțiile pielii sunt reglarea temperaturii corpului, protecția organismului împotriva aportului de substanțe toxice și, de asemenea, excreția de substanțe toxice (împreună cu transpirația), sprijinul mecanic și imunologic și producerea de substanțe esențiale. vitamina D ceea ce este foarte important pentru oasele noastre. Pielea este, de asemenea, un senzor imens cu nervi ample pentru a comunica instantaneu cu creierul.
Cercetătorii din întreaga lume au lucrat la dezvoltarea diferitelor tipuri și dimensiuni de „purtabile”. e-skins' cu scopul de a încerca să imite biologic pielea și diferitele sale funcții. Există o nevoie puternică de dispozitive flexibile și extensibile pentru o integrare perfectă cu pielea umană moale și curbilinie. Nanoscale (10-9m) materialele pot oferi versatilitatea mecanică și electrică necesară înlocuind siliciul rigid care a fost de obicei folosit anterior. Echipa condusă de Dr. Jianliang Xiao de la Universitatea din Colorado, Boulder, SUA a dezvoltat cu succes o piele electronică artificială (e-skin) cu scopul de a traduce atingerea senzorială a pielii umane pe roboți și proteze. Această încercare este în direcția de a avea în viitor o tehnologie „purtabilă” care ar avea un potențial și o valoare uriașă în domeniile medical, științific și inginerie.
E-skin: auto-vindecare și reciclabil
E-skin este un material subțire, translucid, având a roman tip de rețea polimerică dinamică legată covalent, numită poliimină, care este împletită cu nanoparticule de argint pentru o rezistență mecanică îmbunătățită, stabilitate chimică și conductivitate electrică. Acest e-skin are și senzori încorporați pentru a măsura presiunea, temperatura, umiditatea și fluxul de aer. Acest e-skin este considerat remarcabil deoarece a fost încorporat cu multe caracteristici care îl fac o imitație extrem de apropiată a pielii umane. Este foarte maleabil și poate fi așezat cu ușurință pe suprafețe curbate (de exemplu, brațe și picioare umane, mâini robotizate) prin aplicarea de căldură și presiune moderată, fără a introduce solicitări excesive. Are proprietăți uimitoare de auto-vindecare, în care, la orice tăietură sau deteriorare cauzată de o circumstanță externă, e-skin recreează legăturile chimice dintre cele două părți separate, restabilind matricea pentru funcționalitatea corespunzătoare și revenind la starea ei inițială de lipire.
Dacă acest e-skin devine inutilizabil din orice circumstanță, poate fi complet reciclat și transformat într-un e-skin nou-nouț, plasându-l într-o soluție de reciclare care „lichefiază” materialul e-skin existent și îl transformă într-un „ e-skin nou”. Această soluție de reciclare - un amestec de trei compuși chimici disponibili comercial în etanol - degradează polimerii și nanoparticulele de argint se scufundă în partea de jos a soluției. Acești polimeri degradați pot fi utilizați din nou pentru a face e-skin nou funcțional. Această auto-vindecare și reciclare care este atinsă la temperatura camerei este atribuită legăturii chimice a polimerului utilizat. Avantajul rețelei polimerice de poliimină este că este reversibilă și poate fi spartă și reciclată, spre deosebire de majoritatea materialelor convenționale ale termostatului, care nu pot fi nici remodelate sau reprocesate sau reciclate din cauza legăturilor ireversibile din rețelele lor polimerice reticulate. Acesta este mai robust decât pielea umană în sine și ar putea fi folosit ca o îmbunătățire a acesteia, mai degrabă decât ca înlocuitor. Este, de asemenea, plăcut la atingere și se simte aproape ca o piele reală, care ar putea să o facă ca agent de acoperire în viitor, de exemplu, dispozitivele electronice.
Proprietățile ecologice și cu costuri reduse ale e-skin-ului au fost salutate, iar astfel de e-skin ar putea reduce considerabil deșeurile electronice și impactul asupra mediului și ar putea fi foarte utilizabil și popular de producătorii din diferite domenii. Deși poate suna exagerat în acest moment, această tehnologie de reutilizare ar putea fi aplicată în mod similar și la articolele electronice vechi. De fapt, dispozitivele moderne de urmărire a fitnessului și monitoarele de sănătate, odată deteriorate, se adaugă problemelor legate de mediu de agravare a deșeurilor electronice în creștere. Pielea electronică ar putea fi purtată la gât sau la încheietura mâinii, iar acestea ar putea fi ca niște articole flexibile de purtat sau tatuaje temporare și ori de câte ori sunt deteriorate pot fi reciclate și reutilizate. Deoarece e-skin este flexibil, poate fi îndoit și răsucit și poate fi personalizat în funcție de purtător. Tehnologia deschide căi pentru inteligență robotica în care o piele electronică atât de plăcută de simțit și confortabilă poate fi înfășurată în jurul corpului unui robot sau al unui membru artificial. Pentru a detalia, un braț sau un picior protetic care este învelit în această piele electronică poate permite purtătorului să răspundă la schimbările de temperatură și presiune din cauza senzorilor multipli încorporați în acesta. Brațele sau picioarele robotice prevăzute cu o astfel de piele electronică pot face roboții să acționeze mai delicat față de oameni și să fie mai siguri și mai fiabili. De exemplu, e-skin ar putea fi adaptat special unui robot care manipulează un copil sau un bătrân fragil și astfel robotul nu va aplica prea multă forță. O altă aplicare a e-skin-ului poate fi posibil în medii periculoase sau locuri de muncă cu risc ridicat. Este plauzibil ca această tehnologie să poată fi utilizată cu butoane virtuale, comenzi sau uși care ar permite orice operațiune fără interacțiune fizică umană, de exemplu în industria explozivilor sau în alte linii de lucru periculoase și, astfel, acest e-skin ar putea să scadă șansele. a oricărei răni umane.
Adăugarea ecranului la e-skin
O echipă de cercetători de la Universitatea din Tokyo a adăugat recent un ecran2(micro-LED) până la plasturi ultrasubțiri, în stil bandă, pentru a permite afișarea diferitelor semne de monitorizare a sănătății în timp real (de exemplu, măsurarea nivelului de glucoză la persoanele cu diabet sau forma de undă în mișcare a unei electrocardiograme a inimii) pacient). Aceste patch-uri au un cablu extensibil și, astfel, se pot îndoi sau întinde până la 45 de procente, în funcție de mișcarea purtătorului. Acestea sunt considerate ca având cel mai flexibil și mai durabil design din ultima vreme. Eliminarea continuă a celulelor pielii umane ar putea însemna că plasturele ar putea cădea după câteva zile, dar acest lucru poate fi rezolvat.
Acest studiu, condus de profesorul Takao Someya afirmă că un astfel de afișaj poate fi utilizat în cele din urmă pentru a permite citirea și comunicarea informațiilor medicale într-o manieră simplă și simplă nu numai pentru pacienți, ci și pentru membrii familiei, îngrijitorii și profesioniștii din domeniul sănătății fie în persoană, fie chiar de la distanță. Ar primi și mesaje. Cercetătorii urmăresc să îmbunătățească și mai mult fiabilitatea plasturelui, să-l facă mai rentabil și, de asemenea, să-și mărească producția pentru o acoperire mai largă în întreaga lume. Scopul lor este să lanseze acest dispozitiv pe piață până la sfârșitul anului 2020.
Provocări viitoare
Dezvoltarea e-skin-ului este o cercetare nouă foarte interesantă, cu toate acestea, una dintre proprietățile fundamentale ale noastre – flexibilitatea și capacitatea de întindere – nu a fost încă realizată cu succes de e-skin. Pielea electronică este moale, dar nu la fel de elastică ca pielea umană. Potrivit autorilor, așa cum este, materialul nu este, de asemenea, foarte ușor de reprodus. S-a observat o ușoară reducere a performanței generale de detectare într-un dispozitiv e-skin vindecat/reciclat în comparație cu un modul nou, acest lucru trebuie abordat pe deplin prin cercetări ulterioare. Câmpurile magnetice folosite de e-skin-urile sunt, de asemenea, destul de mari și trebuie reduse. În prezent, dispozitivul este alimentat de la o sursă externă, ceea ce este foarte nepractic, dar ar trebui să fie posibil să existe baterii mici, reîncărcabile, pentru a alimenta dispozitivul. Dr.Xiao și echipa sa doresc să perfecționeze acest produs și să îmbunătățească soluția de scalare, astfel încât cel puțin obstacolele economice să poată fi depășite și acest e-skin ar trebui să fie mai ușor de fabricat și plasat pe roboți sau proteze sau dispozitive medicale sau orice altceva.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
1. Zou Z și colab. 2018. Piele electronică refăcabilă, complet reciclabilă și maleabilă, activată de un nanocompozit termoset covalent dinamic. Avansuri de știință. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Monitorizare continuă a sănătății cu senzori ultraflexibili pe piele. Simpozionul reuniunii anuale AAAS, Austin, Texas, 17 februarie 2018.
