Электронная кожа, имитирующая биологическую кожу и ее функции

Открытие нового типа податливой, самовосстанавливающейся и полностью перерабатываемой «электронной кожи» находит широкое применение в мониторинге здоровья, робототехнике, протезировании и улучшенных биомедицинских устройствах.

Исследование, опубликованное в Наука развивается демонстрирует новый электронный скин (или просто электронный скин), который обладает множеством свойств, включая пластичность, самовосстановление и полную пригодность для вторичной переработки по сравнению с человеческим. кожа1Кожа, наш самый большой орган, если смотреть снаружи, представляет собой мясистый покров. Наша кожа - это очень универсальный орган, который действует как водонепроницаемый, изолирующий щит и защищает наше тело от множества внешних опасностей или факторов, например, вредного солнца. Некоторые из функций кожи - регулирование температуры тела, защита организма от попадания токсичных веществ, а также выведение токсичных веществ (вместе с потом), механическая и иммунологическая поддержка и выработка важнейших веществ. витамин Д что очень важно для наших костей. Кожа также является огромным сенсором с множеством нервов, которые мгновенно связываются с мозгом.

Исследователи во всем мире работают над разработкой различных типов и размеров носимых устройств. электронные шкуры'с целью имитировать биологический Кожа и ее различные функции. Существует острая потребность в гибких и растягивающихся устройствах, обеспечивающих бесшовную интеграцию с мягкой и изогнутой кожей человека. Наномасштаб (10-9m) материалы могут обеспечить требуемую механическую и электрическую универсальность, заменяя жесткий кремний, который обычно использовался раньше. Команда, возглавляемая доктором Цзянлян Сяо из Университета Колорадо, Боулдер, США, успешно разработала искусственную электронную кожу (электронную кожу) с целью передачи сенсорного прикосновения человеческой кожи на роботов и протезы. Эта попытка направлена ​​на создание в будущем «носимой» технологии, которая будет иметь огромный потенциал и ценность в медицинской, научной и инженерной областях.

Электронная кожа: самовосстанавливающаяся и пригодная для вторичной переработки

E-skin — это тонкий полупрозрачный материал, имеющий роман тип ковалентно связанной динамической полимерной сети, называемой полиимин, которая дополнена наночастицами серебра для повышения механической прочности, химической стабильности и электропроводности. В эту электронную кожу также встроены датчики для измерения давления, температуры, влажности и потока воздуха. Эта электронная кожа считается замечательной, поскольку в нее включено множество функций, которые делают ее чрезвычайно близкой к человеческой коже. Он очень податлив и его можно легко установить на изогнутые поверхности (например, человеческие руки и ноги, руки робота), применяя к нему умеренное тепло и давление, не создавая чрезмерных напряжений. Он обладает удивительными свойствами самовосстановления: при любом порезе или повреждении, вызванном внешними обстоятельствами, электронная кожа воссоздает химические связи между двумя разделенными сторонами, восстанавливая матрицу для ее правильной функциональности и возвращаясь в исходное связанное состояние.

Если этот электронный скин станет непригодным для использования из-за каких-либо обстоятельств, его можно полностью переработать и превратить в совершенно новый электронный скин, поместив его в раствор для переработки, который «разжижает» существующий материал электронного скина и превращает его в « новый »электронный скин. Этот рециркулирующий раствор - смесь трех имеющихся в продаже химических соединений в этаноле - разрушает полимеры, и наночастицы серебра оседают на дно раствора. Эти деградированные полимеры можно использовать заново для создания новой функциональной электронной кожи. Эта способность к самовосстановлению и переработке, достижимая при комнатной температуре, объясняется химической связью используемого полимера. Преимущество полимерной сетки полиимина состоит в том, что она обратима и может быть разрушена и переработана, в отличие от большинства обычных материалов для термостатов, которые невозможно ни изменить, ни переработать, ни переработать из-за необратимых связей в их сшитых полимерных сетках. Он более прочен, чем сама человеческая кожа, и его можно использовать как улучшение, а не замену. Он также приятен на ощупь и ощущается почти как настоящая кожа, которая, возможно, в будущем может стать покрывающим средством, скажем, для электронных устройств.

Экологически чистые и недорогие свойства электронной кожи были высоко оценены, и такая электронная кожа может значительно сократить электронные отходы и воздействие на окружающую среду, а также может быть очень удобной и популярной среди производителей в различных областях. Хотя на данный момент это может показаться надуманным, эта технология повторного использования может быть аналогичным образом применена и к старой электронике. Фактически, современные фитнес-трекеры и мониторы здоровья, если они повреждены, усугубляют растущую гору электронных отходов, усугубляющих проблемы, связанные с окружающей средой. Электронную кожу можно носить на шее или на запястьях, и это может быть что-то вроде гибких носимых устройств или временных татуировок, и в случае повреждения их можно будет переработать и использовать повторно. Поскольку электронная кожа гибкая, ее можно сгибать и скручивать, а также изготавливать по индивидуальному заказу пользователя. Эта технология открывает возможности для интеллектуального робототехника в котором такой приятной на ощупь и комфортной электронной кожей можно обернуть тело робота или протез. Говоря более подробно, протез руки или ноги, обернутый этой электронной кожей, может позволить владельцу реагировать на изменения температуры и давления благодаря множеству встроенных в него датчиков. Роботизированные руки или ноги, оснащенные такой электронной кожей, могут заставить роботов действовать более деликатно по отношению к людям и быть более безопасными и надежными. Например, электронная кожа может быть специально адаптирована к роботу, который обращается с младенцем или хрупким пожилым человеком, и, таким образом, робот не будет прилагать слишком много усилий. Еще одним применением электронной кожи может быть потенциально опасная среда или работа с высоким риском. Вполне вероятно, что эту технологию можно будет использовать с виртуальными кнопками, элементами управления или дверями, которые позволят выполнять любые операции без физического взаимодействия с человеком, например, в промышленности по производству взрывчатых веществ или в других опасных сферах деятельности, и, таким образом, этот электронный скин, возможно, сможет снизить вероятность любых человеческих травм.

Добавление дисплея в электронный скин

Группа исследователей из Токийского университета недавно добавила дисплей2(микро-светодиод) до ультратонких пластырей для электронной кожи, позволяющих отображать различные признаки мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени (например, измерение уровня глюкозы у людей с диабетом или движущуюся форму электрокардиограммы сердца). пациент). Эти пластыри имеют растягивающуюся проволоку и, таким образом, могут сгибаться или растягиваться до 45 процентов в зависимости от движения пользователя. В последнее время они считаются наиболее гибкими и долговечными конструкциями. Постоянное отторжение клеток кожи человека может означать, что пластырь может отпасть через несколько дней, но это можно обойти.

В этом исследовании, проведенном профессором Такао Сомея, утверждается, что такой дисплей в конечном итоге может быть использован для чтения и передачи медицинской информации безупречным и легким способом не только для пациентов, но и для членов семьи, лиц, осуществляющих уход, и медицинских работников лично или даже удаленно. Он также будет получать сообщения. Исследователи стремятся еще больше повысить надежность патча, сделать его более рентабельным, а также увеличить его производство для более широкого распространения по всему миру. Их цель - вывести это устройство на рынок к концу 2020 года.

Задачи на будущее

Разработка электронной кожи - это очень захватывающее новое исследование, однако одно из фундаментальных свойств нашей кожи - гибкость и способность к растягиванию - еще предстоит успешно достичь с помощью электронной кожи. Электронная кожа мягкая, но не такая эластичная, как человеческая кожа. По словам авторов, в нынешнем виде материал также не очень легко воспроизводится. Было замечено небольшое снижение общих характеристик восприятия в восстановленном / переработанном устройстве электронной кожи по сравнению со свежим модулем, и этот вопрос необходимо полностью решить с помощью дальнейших исследований. Магнитные поля, используемые электронными скинами, также довольно высоки, и их необходимо уменьшить. В настоящее время устройство питается от внешнего источника, что очень непрактично, но вместо этого можно использовать перезаряжаемые небольшие батареи для питания устройства. Доктор Сяо и его команда хотят усовершенствовать этот продукт и улучшить решение для масштабирования, чтобы, по крайней мере, можно было преодолеть экономические препятствия, и эту электронную кожу было бы проще производить и устанавливать на роботов, протезы, медицинские устройства или что-нибудь еще.

{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}

Источник (ы)

1. Zou Z et al. 2018. Поддающаяся восстановлению, полностью перерабатываемая и податливая электронная оболочка на основе динамического ковалентного термореактивного нанокомпозита. Наука развиваетсяhttps://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Непрерывный мониторинг здоровья с помощью сверхгибких датчиков на коже. Симпозиум ежегодного собрания AAAS, Остин, Техас, 17 февраля 2018 г.

Не пропустите

Электронная татуировка для постоянного контроля артериального давления

Ученые разработали новый ультратонкий ламинированный на 100% ...

Neuralink: нейронный интерфейс нового поколения, который может изменить жизнь людей

Neuralink — это имплантируемое устройство, которое показало значительный...

Искусственное дерево

Ученые изготовили искусственную древесину из синтетических смол, которые...

Возможность полета со скоростью 5000 миль в час!

Китай успешно испытал гиперзвуковой реактивный самолет...

MediTrain: новое программное обеспечение для практики медитации для улучшения концентрации внимания

Исследование разработало новое программное обеспечение для цифровой медитации...

Оставайтесь на связи:

92,139ПоклонникиПодобно
45,688ПодписчикиПодписаться
1,772ПодписчикиПодписаться
51ПодписчикиПодписаться

Подписка на новости

Актуальные

Программа термоядерной энергетики Великобритании: представлен концептуальный проект прототипа электростанции STEP 

Подход Великобритании к производству термоядерной энергии сформировался с...

МРТ человека в сверхвысоких полях (УВЧ): изображение живого мозга с помощью МРТ 11.7 Тесла проекта Iseult  

Аппарат МРТ мощностью 11.7 Тесла проекта Iseult показал замечательные результаты...

3D-биопечать впервые собирает функциональную ткань человеческого мозга  

Ученые разработали платформу для 3D-биопечати, которая собирает...
Команда SCIEU
Команда SCIEUhttps://www.scientificeuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значительные достижения науки. Воздействие на человечество. Вдохновляющие умы.

Использование отработанного тепла для питания небольших устройств

Ученые разработали подходящий материал для использования в термоэлектрических генераторах на основе «аномального эффекта Нернста (АНЭ)», который увеличивает эффективность генерации напряжения ...

Солнечные батареи синглетного деления: эффективный способ преобразования солнечного света в электричество

Ученые из Массачусетского технологического института сенсибилизировали существующие кремниевые солнечные элементы методом деления синглетных экситонов. Это может повысить эффективность солнечных элементов с 18 процентов ...

Экономически эффективный способ преобразования растений в возобновляемый источник энергии

Ученые показали новую технологию, в которой биоинженерные бактерии могут производить экономичные химические вещества / полимеры из возобновляемых растительных источников Лигнин - это материал, который ...

1 К.П

Комментарии закрыты.