Az új típusú formálható, öngyógyító és teljesen újrahasznosítható „elektronikus bőr” felfedezése széles körű alkalmazásokat kínál az egészségfelügyelet, a robotika, a protetika és a továbbfejlesztett orvosbiológiai eszközök területén.
Egy tanulmány, Tudomány előlegek egy új elektronikus bőrt (vagy egyszerűen e-skint) mutat be, amely számos tulajdonsággal rendelkezik, beleértve az alakíthatóságot, az öngyógyító képességet és a teljes újrahasznosíthatóságot az emberihez képest bőr1.A bőr, a legnagyobb szervünk, kívülről nézve a húsos borítás. Bőrünk egy rendkívül sokoldalú szerv, amely vízálló, szigetelő pajzsként működik, és megóvja szervezetünket számos külső veszélytől vagy tényezőtől, pl. a napsütéstől. A bőr néhány funkciója a testhőmérséklet szabályozása, a szervezet védelme a mérgező anyagok bevitelétől és a mérgező anyagok (izzadsággal együtt) kiürítése, a mechanikai és immunológiai támogatás és a döntő fontosságú anyagok előállítása. D-vitamin ami nagyon fontos csontjaink számára. A bőr egy hatalmas érzékelő is, bőséges idegekkel, hogy azonnal kommunikáljon az aggyal.
A kutatók világszerte különféle típusú és méretű hordható ruhák kifejlesztésén dolgoznak e-skinek' azzal a céllal, hogy megpróbálja utánozni biológiai a bőr és annak különféle funkciói. Nagy szükség van rugalmas és nyújtható eszközökre a puha és görbe vonalú emberi bőrbe való zökkenőmentes integráció érdekében. Nanoskálás (10-9m) az anyagok biztosítják a szükséges mechanikai és elektromos sokoldalúságot, helyettesítve a korábban általában használt merev szilíciumot. A Dr. Jianliang Xiao vezette csapat a Colorado Egyetemen (Boulder, USA) sikeresen kifejlesztett egy mesterséges elektronikus bőrt (e-skin) azzal a céllal, hogy az emberi bőr érzékszervi érintését robotokká és protézisekké alakítsa át. Ez a kísérlet arra irányul, hogy a jövőben legyen egy „viselhető” technológia, amely óriási potenciállal és értékkel bír az orvosi, tudományos és mérnöki területeken.
E-skin: öngyógyító és újrahasznosítható
Az E-skin vékony, áttetsző anyag, amelynek a regény típusú kovalens kötésű dinamikus polimer hálózat, az úgynevezett poliimin, amely ezüst nanorészecskékkel van befűzve a jobb mechanikai szilárdság, kémiai stabilitás és elektromos vezetőképesség érdekében. Ez az e-skin érzékelőket is tartalmaz a nyomás, a hőmérséklet, a páratartalom és a légáramlás mérésére. Ezt az e-bőrt azért tartják figyelemre méltónak, mert számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek az emberi bőrt rendkívüli módon utánozzák. Erősen képlékeny és könnyen felhelyezhető ívelt felületekre (pl. emberi karok és lábak, robotkezek), mérsékelt hő és nyomás alkalmazásával anélkül, hogy túlzott igénybevételt okozna. Lenyűgöző öngyógyító tulajdonságokkal rendelkezik, ahol bármilyen vágás vagy külső körülmény okozta sérülés esetén az e-skin újra létrehozza a kémiai kötéseket a két elválasztott oldal között, helyreállítva a mátrix megfelelő működését, és visszatér eredeti kötött állapotába.
Ha ez az e-skin bármilyen körülmény miatt használhatatlanná válik, teljesen újrahasznosítható és vadonatúj e-bőrré alakítható újrahasznosító oldatba helyezve, amely „folyósítja” a meglévő e-skin anyagot és „folyósabbá” alakítja. új” e-skin. Ez az újrahasznosító oldat – három kereskedelmi forgalomban kapható kémiai vegyület keveréke etanolban – lebontja a polimereket, és az ezüst nanorészecskék lesüllyednek az oldat alján. Ezek a lebomlott polimerek újra felhasználhatók új funkcionális e-bőr előállítására. Ez a szobahőmérsékleten elérhető öngyógyító és újrahasznosíthatóság a felhasznált polimer kémiai kötődésének tulajdonítható. A polimer poliimin hálózat előnye, hogy reverzibilis, megtörhető és újrahasznosítható, ellentétben a legtöbb hagyományos termosztát-anyaggal, amelyet nem lehet újraformázni, újra feldolgozni vagy újrahasznosítani a térhálósított polimer hálózatukban lévő irreverzibilis kötések miatt. Ez robusztusabb, mint maga az emberi bőr, és inkább feljavítására, mint helyettesítésére használható. Ezenkívül kellemes tapintású, és szinte valódi bőrnek érzi magát, amely a jövőben esetleg fedőanyagként szolgálhat, mondjuk az elektronikai eszközökhöz.
Az e-skin környezetbarát és alacsony költségű tulajdonságait üdvözölték, és az ilyen e-skin nagymértékben csökkentheti az elektronikai hulladékot és a környezetre gyakorolt hatást, valamint kiválóan használható és népszerű lehet a gyártók körében a különböző területeken. Bár ez pillanatnyilag távolról hangzik, ez az újrafelhasználási technológia hasonlóképpen alkalmazható régi elektronikai cikkekre is. Valójában a modern fitneszkövetők és egészségügyi monitorok, amelyek egyszer megsérültek, tovább növelik az e-hulladék növekvő hegyét, és a környezettel kapcsolatos problémákat okozzák. Az e-skin viselhető a nyakunkban vagy a csuklónkon, és olyan lehet, mint a rugalmas hordható vagy ideiglenes tetoválás, és amikor megsérül, újrahasznosítható és újra felhasználható. Mivel az e-skin rugalmas, hajlítható és csavarható, és viselője szerint testreszabható. A technológia utakat nyit az intelligensek előtt robotika amelyben egy ilyen kellemes tapintású és kényelmes elektronikus bőr tekerhető egy robot vagy egy művégtag teste köré. Részletesebben, az elektronikus bőrbe burkolt protézis kar vagy láb lehetővé teszi a viselő számára, hogy reagáljon a hőmérséklet- és nyomásváltozásokra a benne lévő több érzékelő miatt. Az ilyen e-bőrrel ellátott robotkarok vagy lábak finomabbá tehetik a robotokat az emberrel szemben, biztonságosabbá és megbízhatóbbá tehetik. Például az e-skin kifejezetten egy babát vagy törékeny idős embert kezelő robotra illeszthető, így a robot nem fog túl nagy erőt kifejteni. Az e-skin másik alkalmazása potenciálisan veszélyes környezetekben vagy magas kockázatú munkákban történhet. Valószínű, hogy ezt a technológiát olyan virtuális gombokkal, kezelőszervekkel vagy ajtókkal lehet használni, amelyek bármilyen műveletet lehetővé tennének emberi fizikai beavatkozás nélkül, például a robbanóanyagiparban vagy más veszélyes munkaterületeken, és így ez az e-skin csökkentheti az esélyeket. bármilyen emberi sérüléstől.
Megjelenítés hozzáadása az e-skinhez
A Tokiói Egyetem kutatóiból álló csapat a közelmúltban egy kijelzőt adott hozzá2(mikro-LED) az ultravékony, sebtapasz-stílusú e-bőrtapaszok, amelyek lehetővé teszik az egészségi állapot különböző jeleinek valós időben történő megjelenítését (pl. cukorbetegek glükózszintjének mérése vagy szív elektrokardiogramjának mozgó hullámalakja) beteg). Ezek a tapaszok nyújtható vezetékkel rendelkeznek, így a viselő mozgása alapján akár 45 százalékig is meghajolhatnak vagy megnyúlhatnak. Ezek az utóbbi idők legrugalmasabb és legtartósabb kialakításúnak tekinthetők. Az emberi bőrsejtek folyamatos leválása azt jelentheti, hogy a tapasz néhány nap múlva leeshet, de ez megkerülhető.
Ez a Takao Someya professzor által vezetett tanulmány azt állítja, hogy egy ilyen kijelző végül felhasználható orvosi információk zökkenőmentes és egyszerű olvasására és közlésére nemcsak a betegek, hanem a családtagok, a gondozók és az egészségügyi szakemberek számára is, akár személyesen, akár akár távolról. Üzeneteket is fogadna. A kutatók célja, hogy tovább javítsák a javítás megbízhatóságát, költséghatékonyabbá tegyék, és növeljék a gyártást, hogy szélesebb körben elterjedhessenek szerte a világon. Céljuk, hogy 2020 végéig piacra dobják ezt az eszközt.
Az előttünk álló kihívások
Az e-skin fejlesztése egy nagyon izgalmas, újszerű kutatás, azonban az egyik alapvető tulajdonságunkat – a rugalmasságot és a nyúlási képességet – az e-skin még sikeresen elérte. Az e-bőr puha, de nem olyan rugalmas, mint az emberi bőr. A szerzők szerint az anyag jelenlegi állapotában szintén nem túl könnyen reprodukálható. Egy újragyógyított/újrahasznosított e-skin eszközben az általános érzékelési teljesítmény enyhe csökkenése volt megfigyelhető egy új modulhoz képest, ezt további kutatásokkal kell teljes mértékben kezelni. Az e-skinek által használt mágneses mezők is meglehetősen nagyok, ezért csökkenteni kell őket. Jelenleg a készülék külső forrásból táplálkozik, ami nagyon nem praktikus, de helyette újratölthető, kisméretű akkumulátorokat kellene használni a készülék táplálására. Dr. Xiao és csapata finomítani kívánja ezt a terméket és javítani kívánja a méretezési megoldást, hogy legalább a gazdasági akadályokat le lehessen küzdeni, és ezt az e-skin-t könnyebben lehessen gyártani és felhelyezni robotokra, protézisekre, orvosi eszközökre vagy bármi másra.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
1. Zou Z et al. 2018. Újragyógyítható, teljesen újrahasznosítható és alakítható elektronikus bőr, amelyet dinamikus kovalens hőre keményedő nanokompozit tesz lehetővé. Tudomány előlegek. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Folyamatos egészségmonitorozás ultraflexibilis bőrön lévő érzékelőkkel. AAAS Annual Meeting Symposium, Austin, Texas, 17. február 2018.
