РЕКЛАМА

„e-Skin“, имитираща биологичната кожа и нейните функции

ИНЖЕНЕРИНГ И ТЕХНОЛОГИЯ„e-Skin“, имитираща биологичната кожа и нейните функции

Откриването на нов тип ковка, самовъзстановяваща се и напълно рециклируема „електронна кожа“ има широко приложение в мониторинга на здравето, роботиката, протезирането и подобрените биомедицински устройства.

Проучване, публикувано в Наука Авансите представя нова електронна кожа (или просто електронна кожа), която има множество свойства, включително ковкост, самовъзстановяване и пълна рециклируемост в сравнение с човешката кожа1.Кожата, нашият най-голям орган, е месестата обвивка, гледана отвън. Нашата кожа е много гъвкав орган, който действа като водоустойчив, изолиращ щит и предпазва тялото ни от различни външни опасности или фактори, например вредното слънце. Някои от функциите на кожата са регулиране на телесната температура, защита на тялото от прием на токсични вещества, а също и отделяне на токсични вещества (заедно с потта), механична и имунологична подкрепа и производство на важни витамин D което е много важно за нашите кости. Кожата също е огромен сензор с достатъчно нерви, за да комуникира незабавно с мозъка.

Изследователи от цял ​​свят работят върху разработването на различни видове и размери на „носими електронни кожи“ с цел да се опитаме да имитираме биологичен кожата и нейните различни функции. Има силна нужда от гъвкави и разтегливи устройства за безпроблемна интеграция с меки и криволинейни човешката кожа. Наномащаб (10-9м) материалите могат да осигурят необходимата механична и електрическа гъвкавост, като заменят твърдия силиций, който обикновено е бил използван преди. Екипът, ръководен от д-р Jianliang Xiao от Университета на Колорадо, Боулдър, САЩ успешно разработи изкуствена електронна кожа (е-кожа) с цел да преведе сензорното докосване на човешката кожа върху роботи и протези. Този опит е в посока в бъдеще да има "носима" технология, която би имала огромен потенциал и стойност в медицински, научни и инженерни области.

Е-кожа: самовъзстановяваща се и рециклируема

Е-кожата е тънък, полупрозрачен материал, имащ нов тип ковалентно свързана динамична полимерна мрежа, наречена полиимин, която е снабдена със сребърни наночастици за подобрена механична якост, химическа стабилност и електрическа проводимост. Тази електронна кожа също има вградени сензори за измерване на налягане, температура, влажност и въздушен поток. Тази електронна кожа се счита за забележителна, защото е вградена с много функции, които я правят изключително по-близка имитация на човешката кожа. Той е силно ковък и може лесно да бъде поставен върху извити повърхности (напр. човешки ръце и крака, роботизирани ръце) чрез прилагане на умерена топлина и натиск върху него, без да се внасят прекомерни натоварвания. Той има невероятни самовъзстановяващи се свойства, при което при всяко порязване или повреда, причинено от външно обстоятелство, електронната кожа пресъздава химичните връзки между двете разделени страни, възстановявайки матрицата за нейната правилна функционалност и връщайки се към първоначалното си свързано състояние.

Ако тази електронна кожа стане неизползваема поради някакво обстоятелство, тя може да бъде напълно рециклирана и превърната в чисто нова електронна кожа, като се постави в разтвор за рециклиране, който „втечнява“ съществуващия материал за електронна кожа и го превръща в „ нова” електронна кожа. Този разтвор за рециклиране – смес от три търговски достъпни химически съединения в етанол – разгражда полимерите и сребърните наночастици потъват на дъното на разтвора. Тези разградени полимери могат да се използват отново за създаване на нова функционална електронна кожа. Това самовъзстановяване и рециклиране, което е постижимо при стайна температура, се дължи на химическото свързване на използвания полимер. Предимството на полимерната мрежа от полиимин е, че е обратима и може да бъде разбита и рециклирана за разлика от повечето конвенционални термостатни материали, които не могат да бъдат нито преоформени, нито преработени, нито рециклирани поради необратимите връзки в техните омрежени полимерни мрежи. Това е по-здраво от самата човешка кожа и може да се използва като подобрение, а не като замяна. Освен това е приятен на допир и се усеща почти като истинска кожа, която евентуално би могла да се превърне в покриващ агент в бъдеще, например на електронни устройства.

Екологичните и евтини свойства на електронната кожа са приветствани и такава електронна кожа може значително да намали електронните отпадъци и въздействието върху околната среда и може да бъде много използваема и популярна сред производителите в различни области. Въпреки че в момента може да звучи пресилено, тази технология за повторна употреба може да се приложи по подобен начин и към стари елементи от електроника. Всъщност съвременните фитнес тракери и здравни монитори, веднъж повредени, добавят към нарастващата планина от проблеми, свързани с околната среда, свързани с електронните отпадъци. Електронната кожа може да се носи около шията или на китките ни и те могат да бъдат като гъвкави носими или временни татуировки и винаги, когато се повредят, могат да бъдат рециклирани и използвани повторно. Тъй като електронната кожа е гъвкава, тя може да се огъва и усуква и може да бъде персонализирана според потребителя. Технологията отваря пътища за интелигентна роботика, в която такава приятна на усещане и удобна електронна кожа може да бъде увита около тялото на робот или изкуствен крайник. По-подробно, протеза за ръка или крак, които са увити в тази електронна кожа, могат да позволят на потребителя да реагира на промените в температурата и налягането поради множеството сензори, включени в нея. Роботизираните ръце или крака, снабдени с такава електронна кожа, могат да накарат роботите да действат по-деликатно спрямо хората и да бъдат по-безопасни и надеждни. Например, електронната кожа може да бъде специално монтирана на робот, който се справя с бебе или крехки възрастни хора и по този начин роботът няма да прилага твърде много сила. Друго приложение на електронната кожа може да бъде потенциално в опасни среди или високорискови работни места. Вероятно е тази технология да се използва с виртуални бутони, контроли или врати, които биха позволили всяка операция без физическо взаимодействие на хора, например в експлозивната индустрия или други опасни линии на работа, и по този начин тази електронна кожа може да намали шансовете от всякакви човешки наранявания.

Добавяне на дисплей към e-skin

Екип от изследователи от университета в Токио наскоро добавиха дисплей2(микро-LED) до ултратънки лепенки за електронна кожа в стила на лейкопласт, за да се даде възможност за показване на различни признаци на наблюдение на здравето в реално време (напр. измерване на нивата на глюкоза при хора с диабет или движеща се вълнова форма на електрокардиограма на сърдечен пациент). Тези лепенки имат разтегателно окабеляване и по този начин могат да се огъват или разтягат до 45 процента в зависимост от движението на носителя. Те се считат за най-гъвкавия и издръжлив дизайн в последно време. Непрекъснатото отделяне на човешки кожни клетки може да означава, че пластирът може да падне след няколко дни, но това може да се заобиколи.

Това проучване, водено от професор Такао Сомея, заявява, че такъв дисплей може в крайна сметка да се използва за четене и предаване на медицинска информация по безпроблемен и лесен начин не само за пациенти, но и за членове на семейството, лица, полагащи грижи и здравни специалисти лично или дори от разстояние. Ще получава и съобщения. Изследователите се стремят да подобрят допълнително надеждността на пластира, да го направят по-рентабилен и също така да увеличат производството му за по-широк обхват по целия свят. Целта им е да пуснат това устройство на пазара до края на 2020 г.

Бъдещи предизвикателства

Разработването на електронна кожа е много вълнуващо ново изследване, но едно от основните свойства на нашата – гъвкавост и способност за разтягане – тепърва ще бъде успешно постигнато от електронната кожа. Електронната кожа е мека, но не толкова разтеглива като човешката кожа. Според авторите, в този вид материалът също не е много лесно възпроизводим. Наблюдава се леко намаление на общата производителност на сензорите в повторно заздравено/рециклирано устройство за електронна кожа в сравнение с нов модул, което трябва да бъде напълно разгледано с по-нататъшни изследвания. Магнитните полета, използвани от електронните кожи, също са доста високи и трябва да бъдат намалени. Понастоящем устройството се захранва от външен източник, което е много непрактично, но вместо това трябва да е възможно да има презареждащи се малки батерии за захранване на устройството. Д-р Сяо и неговият екип искат да усъвършенстват този продукт и да подобрят решението за мащабиране, така че поне икономическите препятствия да могат да бъдат преодолени и тази електронна кожа да бъде по-лесна за производство и поставяне върху роботи или протези, медицински устройства или нещо друго.

***

{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}

Източник (и)

1. Zou Z et al. 2018. Възстановяема, напълно рециклируема и ковка електронна кожа, активирана от динамичен ковалентен термореактивен нанокомпозит. Наука Аванситеhttps://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Непрекъснат здравен мониторинг със свръхгъвкави сензори върху кожата. Симпозиум за годишна среща на AAAS, Остин, Тексас, 17 февруари 2018 г.

Екип на SCIEU
Екип на SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значителен напредък в науката. Въздействие върху човечеството. Вдъхновяващи умове.

Абонирай се за нашия бюлетин

Да се ​​актуализира с всички най-нови новини, оферти и специални съобщения.

- Реклама -

Най-популярни статии

Актуализация в разбирането на неалкохолната мастна чернодробна болест

Проучването описва нов механизъм, участващ в прогресирането на...

Как изменението на климата е повлияло на климата в Обединеното кралство 

„Състоянието на климата в Обединеното кралство“ се публикува ежегодно от...

Ефекти на донепезил върху мозъчните региони

Донепезил е инхибитор на ацетилхолинестеразата1. Ацетилхолинестеразата разгражда...
- Реклама -
99,805Феновекато
69,906последователиСледвай ни
6,333последователиСледвай ни
31АбонатиЗапиши се