'e-Skin' Anu Mimik Kulit Biologis sareng Fungsina

Kapanggihna tipe anyar malleable, timer penyembuhan tur lengkep recyclable "kulit éléktronik" boga aplikasi lega dina monitoring kaséhatan, robotics, prosthetics jeung alat biomedis ningkat.

Hiji panilitian anu diterbitkeun dina Science Advances nunjukkeun kulit éléktronik anyar (atanapi ngan saukur e-skin) anu ngagaduhan seueur sipat kalebet malleability, penyembuhan diri sareng daur ulang pinuh upami dibandingkeun sareng kulit manusa ^1. Kulit, organ panggedéna urang, nyaéta panutup daging nalika ditingali ti luar. Kulit urang mangrupikeun organ anu serbaguna anu bertindak salaku tameng tahan cai, insulasi sareng ngajaga awak urang tina rupa-rupa bahaya atanapi faktor éksternal sapertos panonpoé anu ngaruksak. Sababaraha fungsi kulit nyaéta ngatur suhu awak, ngajaga awak tina asupan zat toksik sareng ogé ékskrési zat toksik (sareng késang), dukungan mékanis sareng imunologis sareng produksi vitamin D penting anu penting pisan pikeun tulang urang. Kulit ogé mangrupikeun sénsor anu ageung kalayan saraf anu cekap pikeun langsung komunikasi sareng uteuk.

Para panalungtik di sakumna dunya parantos damel dina ngembangkeun rupa-rupa jinis sareng ukuran ' e-skin anu tiasa dianggo ' kalayan tujuan pikeun nyobian niru kulit biologis sareng rupa-rupa fungsina. Aya kabutuhan anu kuat pikeun alat anu fleksibel sareng tiasa diulur pikeun integrasi anu mulus sareng kulit manusa anu lemes sareng melengkung. Bahan nanoskala (10 ^-9 m) tiasa nyayogikeun versatility mékanis sareng listrik anu diperyogikeun ngagentos silikon kaku anu biasana dianggo sateuacanna. Tim anu dipingpin ku Dr. Jianliang Xiao di Universitas Colorado, Boulder, AS parantos suksés ngembangkeun kulit éléktronik jieunan (e-skin) kalayan tujuan pikeun narjamahkeun sentuhan indrawi kulit manusa kana robot sareng prostétik. Usaha ieu nuju ka arah gaduh téknologi "anu tiasa dianggo" di masa depan anu bakal gaduh poténsi sareng nilai anu ageung dina widang médis, ilmiah sareng rékayasa.

E-kulit: nyageurkeun diri sareng tiasa didaur ulang

E-skin nyaéta bahan ipis jeung transparan anu miboga jaringan polimér dinamis anu kaiket sacara kovalén , disebut poliimina, anu dicampur ku nanopartikel pérak pikeun ningkatkeun kakuatan mékanis, stabilitas kimia, jeung konduktivitas listrik. E-skin ieu ogé miboga sénsor anu dipasang di jerona pikeun ngukur tekanan, suhu, kalembaban, jeung aliran hawa. E-skin ieu dianggap luar biasa sabab geus dihijikeun jeung loba fitur anu ngajadikeun éta mirip pisan jeung kulit manusa. Éta gampang dibentuk jeung bisa gampang dipasang dina permukaan anu melengkung (misalna leungeun jeung suku manusa, leungeun robot) ku cara nerapkeun panas jeung tekanan sedeng ka dinya tanpa ngenalkeun setrés anu kaleuleuwihi. Éta miboga sipat penyembuhan diri anu luar biasa, nyaéta nalika aya tatu atawa karusakan anu disababkeun ku kaayaan éksternal, e-skin bakal nyieun deui beungkeut kimia antara dua sisi anu dipisahkeun, mulangkeun matriks pikeun fungsi anu bener jeung balik deui kana kaayaan kabeungkeut aslina.

Upami e-skin ieu janten teu tiasa dianggo kusabab kaayaan naon waé, éta tiasa didaur ulang lengkep sareng janten kulit énggal-énggal ku cara nempatkeun éta dina solusi daur ulang anu "ngacairkeun" bahan kulit-e anu aya sareng janten " anyar" e-kulit. Leyuran daur ulang ieu - campuran tilu sanyawa kimia nu sadia komersil dina étanol - degrades polimér jeung nanopartikel pérak tilelep dina handapeun solusi. Polimér anu didegradasi ieu tiasa dianggo énggal-énggal pikeun ngadamel e-skin énggal. Penyembuhan diri sareng daur ulang ieu anu tiasa dicapai dina suhu kamar dikaitkeun kana beungkeutan kimiawi polimér anu dianggo. Kauntungannana jaringan polimér tina polyimine nyaéta bisa dibalikkeun sarta bisa pegat sarta didaur ulang teu kawas lolobana bahan termostat konvensional nu teu bisa reshaped atanapi reprocessed atawa didaur ulang kusabab beungkeut nu teu bisa balik dina jaringan polimér cross-numbu maranéhanana. Ieu langkung kuat tibatan kulit manusa sorangan sareng tiasa dianggo salaku paningkatan pikeun éta tinimbang ngagantian. Éta ogé pikaresepeun pikeun dirampa sareng karasaeun ampir sapertos kulit asli anu sigana tiasa janten agén panutup di hareup, sapertos alat éléktronik.

Sipat ramah lingkungan sareng murah tina e-skin parantos dipuji sareng e-skin sapertos kitu tiasa ngirangan runtah éléktronik sareng dampak lingkungan sareng tiasa dianggo pisan sareng populer di kalangan produsén di sababaraha widang. Sanaos sigana teu masuk akal ayeuna, téknologi panggunaan deui ieu ogé tiasa diterapkeun sacara sami kana barang éléktronik lami. Nyatana, pelacak kabugaran sareng monitor kaséhatan modéren anu kantos ruksak nambihan kana gunung masalah lingkungan anu aya hubunganana sareng runtah éléktronik. E-skin tiasa dianggo di beuheung atanapi dina pigeulang urang sareng ieu tiasa sapertos barang anu tiasa dianggo fléksibel atanapi tato samentawis sareng iraha waé ruksak éta tiasa didaur ulang sareng dianggo deui. Kusabab e-skin fléksibel, éta tiasa dibengkokkeun sareng dipelintir sareng tiasa didamel khusus numutkeun anu nganggo. Téhnologi ieu muka jalan pikeun robotika calakan dimana kulit éléktronik anu pikaresepeun sareng nyaman sapertos kitu tiasa dibungkus di sakitar awak robot atanapi anggota awak jieunan. Pikeun ngajelaskeun, panangan atanapi suku protétik anu dibungkus dina kulit éléktronik ieu tiasa ngamungkinkeun anu nganggo pikeun ngaréspon parobahan suhu sareng tekanan kusabab sababaraha sénsor anu dilebetkeun di jerona. Panangan atawa suku robotika anu dipasangan ku e-skin sapertos kitu tiasa ngajantenkeun robot bertindak langkung hipu ka manusa sareng langkung aman sareng tiasa dipercaya. Salaku conto, e-skin tiasa dipasang khusus pikeun robot anu ngurus orok atanapi sepuh anu rapuh sahingga robot moal nerapkeun kakuatan anu seueur teuing. Aplikasi e-skin anu sanés tiasa berpotensi dina lingkungan anu bahaya atanapi padamelan anu résiko tinggi. Bisa jadi téknologi ieu tiasa dianggo sareng tombol virtual, kontrol atanapi panto anu bakal ngamungkinkeun operasi naon waé tanpa interaksi fisik manusa, contona dina industri bahan peledak atanapi jalur padamelan anu bahaya, sahingga e-skin ieu panginten tiasa ngirangan kamungkinan cilaka manusa.

Nambahkeun tampilan kana e-skin

Tim panalungtik di Universitas Tokyo nembe nambihan tampilan ² (micro-LED) kana patch kulit éléktronik anu ipis pisan, sapertos band aid pikeun ngamungkinkeun tampilan tanda-tanda pamantauan kaséhatan anu béda-béda sacara real time (contona ngukur kadar glukosa dina jalma anu ngagaduhan diabetes atanapi bentuk gelombang éléktrokardiogram pasien jantung anu bergerak ) . Tambalan ieu gaduh kabel anu tiasa diulur sahingga tiasa dibengkokkeun atanapi diulur dugi ka 45 persén dumasar kana gerakan anu nganggo. Ieu dianggap gaduh desain anu paling fleksibel sareng awét dina waktos ayeuna. Pelepasan sél kulit manusa anu terus-terusan tiasa hartosna patch éta tiasa murag saatos sababaraha dinten tapi ieu tiasa diatasi.

Panaliti ieu, dipingpin ku Profesor Takao Someya nyatakeun yén tampilan sapertos kitu pamustunganana tiasa dianggo pikeun ngaktifkeun maca sareng komunikasi inpormasi médis sacara lancar sareng gampang henteu ngan ukur pikeun pasien tapi ogé pikeun anggota kulawarga, anu masihan perawatan sareng profésional kaséhatan boh sacara pribadi atanapi malah. jarak jauh. Éta ogé bakal nampi pesen. Panaliti tujuanana pikeun ningkatkeun reliabilitas patch, ngajantenkeun langkung efektif biaya sareng ningkatkeun produksina pikeun jangkauan anu langkung lega di sakumna dunya. Tujuanana nyaéta pikeun ngaluncurkeun alat ieu di pasar dina ahir taun 2020.

Tantangan payun

Ngembangkeun e-skin mangrupikeun panilitian novél anu pikaresepeun pisan, tapi, salah sahiji pasipatan dasar urang - kalenturan sareng kamampuan manteng - tacan suksés dihontal ku e-skin. E-skin lemes tapi teu jadi stretchy sakumaha kulit manusa. Numutkeun pangarang, sakumaha eta nangtung bahan ogé teu pisan gampang reproducible. A réduksi slight dina kinerja sensing sakabéh dina rehealed / alat e-kulit didaur katempo dibandingkeun jeung modul seger, ieu perlu pinuh kajawab ku panalungtikan salajengna. Médan magnét anu dianggo ku e-skins ogé rada luhur sareng kedah dikurangan. Ayeuna alat didamel tina sumber éksternal anu teu praktis pisan, tapi kedahna tiasa gaduh batré anu tiasa dicas deui, alit pikeun ngawasa alat. Dr.Xiao sareng timnya hoyong nyaring produk ieu sareng ningkatkeun solusi skala supados sahenteuna halangan ékonomi tiasa diatasi sareng kulit-e ieu kedah langkung gampang didamel sareng ditempatkeun dina robot atanapi prosthetics atanapi alat médis atanapi anu sanés.

***

Sumber (s)

1. Zou Z et al. 2018. Kulit éléktronik anu tiasa diubaran deui, tiasa didaur ulang sapinuhna, sareng tiasa dibentuk diaktipkeun ku nanokomposit termoset kovalén dinamis. Science Advances . https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Pemantauan Kaséhatan Kontinyu Kalayan Sénsor Dina Kulit Ultrafléksibel. Simposium Rapat Taunan AAAS, Austin, Texas, 17 Pébruari 2018. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Kulit fotonik organik ultrafléksibel. SCIENCE ADVANCES. 15 April 2016. Vol 2, Édisi 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***