Odkritje nove vrste kovljive, samozdravljive in popolnoma reciklirane »elektronske kože« ima široko uporabo pri spremljanju zdravja, robotiki, protetiki in izboljšanih biomedicinskih napravah.
Študija, objavljena v Znanost Predplačila predstavlja novo elektronsko kožo (ali preprosto e-kožo), ki ima številne lastnosti, vključno z kovljivostjo, samozdravljenjem in popolno možnostjo recikliranja v primerjavi s človeško koža1.Koža, naš največji organ, je mesnati ovoj, če ga gledamo od zunaj. Naša koža je zelo vsestranski organ, ki deluje kot vodoodporen, izolacijski ščit in ščiti naše telo pred različnimi zunanjimi nevarnostmi ali dejavniki, npr. škodljivim soncem. Nekatere funkcije kože so uravnavanje telesne temperature, zaščita telesa pred vnosom strupenih snovi in tudi izločanje strupenih snovi (skupaj z znojem), mehanska in imunološka podpora ter proizvodnja ključnega pomena. vitamin D kar je zelo pomembno za naše kosti. Koža je tudi ogromen senzor z dovolj živcev za takojšnjo komunikacijo z možgani.
Raziskovalci po vsem svetu delajo na razvoju različnih vrst in velikosti "nosljivih". e-kože' s ciljem, da poskušam posnemati biološka kožo in njene različne funkcije. Obstaja velika potreba po prilagodljivih in raztegljivih napravah za brezhibno integracijo z mehko in ukrivljeno človeško kožo. Nano merilo (10-9m) materiali lahko zagotovijo zahtevano mehansko in električno vsestranskost, ki nadomesti tog silicij, ki je bil običajno uporabljen prej. Ekipa, ki jo vodi dr. Jianliang Xiao na Univerzi v Koloradu, Boulder, ZDA, je uspešno razvila umetno elektronsko kožo (e-skin) s ciljem prevesti senzorični dotik človeške kože na robote in protetiko. Ta poskus je v smeri, da bi v prihodnosti imeli »nosljivo« tehnologijo, ki bi imela velik potencial in vrednost na medicinskih, znanstvenih in inženirskih področjih.
E-koža: samozdravljiva in reciklirana
E-skin je tanek, prosojen material, ki ima roman vrsta kovalentno vezane dinamične polimerne mreže, imenovane poliimin, ki je prepletena s srebrovimi nanodelci za izboljšano mehansko trdnost, kemično stabilnost in električno prevodnost. Ta e-koža ima vgrajene tudi senzorje za merjenje tlaka, temperature, vlažnosti in pretoka zraka. Ta e-preobleka velja za izjemno, ker ima veliko funkcij, zaradi katerih je zelo podobna človeški koži. Je zelo upogljiv in ga je mogoče zlahka namestiti na ukrivljene površine (npr. človeške roke in noge, robotske roke) z uporabo zmerne toplote in pritiska nanj, ne da bi pri tem povzročil pretirane napetosti. Ima neverjetne samozdravilne lastnosti, pri katerih e-koža po kakršnih koli urezninah ali poškodbah, ki jih povzročijo zunanje okoliščine, ponovno ustvari kemične vezi med dvema ločenima stranema, s čimer obnovi matriko za njeno pravilno funkcionalnost in se vrne v prvotno stanje vezave.
Če ta e-koža zaradi kakršne koli okoliščine postane neuporabna, jo je mogoče popolnoma reciklirati in spremeniti v popolnoma novo e-kožo, tako da jo daste v raztopino za recikliranje, ki »utekočini« obstoječi material e-kože in ga spremeni v » nova” e-koža. Ta raztopina za recikliranje – mešanica treh komercialno dostopnih kemičnih spojin v etanolu – razgradi polimere in nanodelci srebra se potopijo na dno raztopine. Te razgrajene polimere je mogoče znova uporabiti za izdelavo nove funkcionalne e-kože. To samozdravljenje in možnost recikliranja, ki ga je mogoče doseči pri sobni temperaturi, pripisujemo kemični vezi uporabljenega polimera. Prednost polimerne mreže poliimina je, da je reverzibilna in jo je mogoče razbiti in reciklirati za razliko od večine običajnih termostatskih materialov, ki jih ni mogoče niti preoblikovati, predelati ali reciklirati zaradi ireverzibilnih vezi znotraj njihovih zamreženih polimernih mrež. To je bolj robustno kot človeška koža sama in bi se lahko uporabljala kot izboljšava in ne kot zamenjava. Prav tako je prijeten na dotik in je na otip skoraj kot prava koža, ki bi ga lahko v prihodnosti naredila kot pokrivno sredstvo, recimo elektronskih naprav.
Okolju prijazne in poceni lastnosti e-kože so bile pohvaljene in taka e-koža bi lahko močno zmanjšala elektronske odpadke in vpliv na okolje ter bila lahko zelo uporabna in priljubljena pri proizvajalcih na različnih področjih. Čeprav se morda trenutno sliši namišljeno, bi to tehnologijo ponovne uporabe lahko podobno uporabili tudi za stare elektronske predmete. Pravzaprav sodobni merilniki telesne pripravljenosti in monitorji zdravja, ko so poškodovani, prispevajo k naraščajoči gori težav, povezanih z okoljem, povezanih z mešanjem e-odpadkov. E-skin bi lahko nosili okoli vratu ali na zapestju in bi lahko bili kot prilagodljivi nosljivi izdelki ali začasne tetovaže in kadar koli se poškodujejo, jih je mogoče reciklirati in ponovno uporabiti. Ker je e-koža prilagodljiva, jo je mogoče upogniti in zviti ter prilagoditi glede na uporabnika. Tehnologija odpira poti za inteligentne robotika v katerem lahko tako prijetno na otip in udobno elektronsko kožo ovijemo okoli telesa robota ali umetnega uda. Natančneje, protetična roka ali noga, ki je ovita v to elektronsko kožo, lahko uporabniku omogoči, da se odzove na spremembe temperature in tlaka zaradi številnih senzorjev, ki so vgrajeni vanjo. Robotske roke ali noge, opremljene s takšno e-kožo, lahko poskrbijo, da se roboti do ljudi obnašajo bolj občutljivo ter so bolj varni in zanesljivi. Na primer, e-skin bi lahko posebej opremili z robotom, ki ravna z dojenčkom ali krhkim starejšim, in tako robot ne bo uporabljal prevelike sile. Druga uporaba e-kože je lahko potencialno v nevarnih okoljih ali na delovnih mestih z visokim tveganjem. Verjetno je, da bi to tehnologijo lahko uporabili z virtualnimi gumbi, kontrolami ali vrati, ki bi omogočili kakršno koli delovanje brez fizične interakcije človeka, na primer v industriji eksplozivov ali drugih nevarnih delovnih vrstah, in bi tako ta e-koža lahko zmanjšala možnosti kakršne koli človeške poškodbe.
Dodajanje zaslona v e-skin
Skupina raziskovalcev na univerzi v Tokiu je pred kratkim dodala zaslon2(mikro-LED) do ultratankih e-obližev v obliki obliža, ki omogočajo prikaz različnih znakov spremljanja zdravja v realnem času (npr. merjenje ravni glukoze pri ljudeh s sladkorno boleznijo ali premikajoče se valovne oblike elektrokardiograma srca Bolnik). Ti obliži imajo raztegljivo ožičenje in se tako lahko upognejo ali raztegnejo do 45 odstotkov glede na gibanje uporabnika. Ti veljajo za najbolj prilagodljivo in vzdržljivo zasnovo v zadnjem času. Nenehno odpadanje človeških kožnih celic bi lahko pomenilo, da bi lahko obliž odpadel po nekaj dneh, vendar je to mogoče rešiti.
Ta študija, ki jo je vodil profesor Takao Someya, navaja, da se lahko tak zaslon sčasoma uporabi za omogočanje nemotenega in enostavnega branja in sporočanja zdravstvenih informacij ne le za bolnike, ampak tudi za družinske člane, negovalce in zdravstvene delavce osebno ali celo na daljavo. Prejel bi tudi sporočila. Cilj raziskovalcev je še izboljšati zanesljivost obliža, ga narediti stroškovno učinkovitejšega in povečati njegovo proizvodnjo za širši doseg po vsem svetu. Njihov cilj je, da bi to napravo na trg predstavili do konca leta 2020.
Izzivi pred nami
Razvoj e-kože je zelo vznemirljiva nova raziskava, vendar pa e-koža še ni uspela doseči ene od temeljnih lastnosti naše prožnosti in raztegljivosti. E-koža je mehka, vendar ne tako raztegljiva kot človeška koža. Po mnenju avtorjev material, kot je v sedanji obliki, tudi ni zelo enostavno ponovljiv. V primerjavi s svežim modulom je bilo opaziti rahlo zmanjšanje splošne zmogljivosti zaznavanja v ponovno očiščeni/reciklirani napravi e-skin, kar je treba v celoti odpraviti z nadaljnjimi raziskavami. Tudi magnetna polja, ki jih uporabljajo e-skini, so precej visoka in jih je treba zmanjšati. Trenutno se naprava napaja iz zunanjega vira, kar je zelo nepraktično, vendar bi moralo biti mogoče namesto tega imeti polnilne majhne baterije za napajanje naprave. Dr. Xiao in njegova ekipa želita izboljšati ta izdelek in izboljšati rešitev za skaliranje, tako da je mogoče preseči vsaj ekonomske ovire in da bi bilo to e-kožo lažje izdelati in namestiti na robote ali protetiko ali medicinske pripomočke ali kaj drugega.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
1. Zou Z et al. 2018. Ponovljiva, v celoti reciklirana in kovljiva elektronska koža, ki jo omogoča dinamični kovalentni termosetni nanokompozit. Znanost Predplačila. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Stalno spremljanje zdravja z ultra prilagodljivimi senzorji na koži. Simpozij letnega srečanja AAAS, Austin, Teksas, 17. februar 2018.
