Το έξυπνο δέρμα ανθεκτικό στον ιδρώτα παίρνει αξιόπιστα βιολογικά στοιχεία, ακόμη και κατά τη διάρκεια ζεστών προπονήσεων και γευμάτων

Οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει ένα «ηλεκτρονικό δέρμα» κατά του ιδρώτα – ένα συμβατό, αυτοκόλλητο έμπλαστρο τοποθετημένο σε αισθητήρα που παρακολουθεί αξιόπιστα την υγεία ενός ατόμου, ακόμα και όταν ο φορέας εφίδρωση. Πίστωση: Jeehwan Kim, Hanwool Yeon, et al

Οι μηχανικοί και οι ερευνητές του MIT στη Νότια Κορέα έχουν αναπτύξει ένα “ηλεκτρονικό δέρμα” ανθεκτικό στον ιδρώτα – ένα κολλώδες, κολλώδες έμπλαστρο ενσωματωμένο στον αισθητήρα που παρακολουθεί την υγεία ενός ατόμου χωρίς να ξεφλουδίζει ή να ξεφλουδίζει, ακόμα και όταν ο φορέας ιδρώνει.

Το έμπλαστρο είναι διακοσμημένο με τεχνητά κανάλια ιδρώτα, παρόμοια με τους πόρους του ανθρώπινου δέρματος, τα οποία οι ερευνητές διάτρησαν μέσα από εξαιρετικά λεπτά στρώματα του υλικού. Οι πόροι διατρυπούν το έμπλαστρο με μοτίβο kirigami, παρόμοιο με την ιαπωνική τέχνη κοπής χαρτιού. Ο σχεδιασμός εξασφαλίζει ότι ο ιδρώτας μπορεί να διαφύγει από το έμπλαστρο και να το αποτρέπει δερματική ενόχληση Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες έχουν υποστεί ζημιά.

Ο σχεδιασμός kirigami βοηθά επίσης το έμπλαστρο να προσαρμόζεται στο ανθρώπινο δέρμα επειδή τεντώνεται και λυγίζει. Αυτή η ευελιξία, σε συνδυασμό με την ικανότητα του υλικού να αντέχει στον ιδρώτα, του επιτρέπει να παρακολουθεί την υγεία ενός ατόμου για μεγάλα χρονικά διαστήματα, κάτι που δεν ήταν δυνατό με το πρώτο “ηλεκτρονικό δέρμαΣχέδια. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σήμερα στις πρόοδος της επιστήμης, είναι ένα βήμα προς τα μακράς διάρκειας έξυπνα δέρματα που μπορεί να παρακολουθούν καθημερινά ζωτικά ή την ανάπτυξη καρκίνου του δέρματος και άλλων παθήσεων.

“Με αυτό το αναπνεύσιμο έμπλαστρο δέρματος, δεν θα υπάρξει συσσώρευση ιδρώτα, παραπληροφόρηση ή διαχωρισμός του δέρματος”, λέει ο Jie Hwan Kim, επίκουρος καθηγητής μηχανολόγων μηχανικών στο MIT. “Μπορούμε να παρέχουμε φορητούς αισθητήρες που μπορούν να κάνουν μακροχρόνια συνεχή παρακολούθηση.”

Οι συν-συγγραφείς του Kim περιλαμβάνουν τον επικεφαλής συγγραφέα και μεταδιδακτορικό ερευνητή στο MIT Hanwool Yeon, ερευνητές στα Τμήματα Μηχανολόγων Μηχανικών, Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του MIT και το Εργαστήριο Έρευνας Ηλεκτρονικών, μαζί με συνεργάτες του Amorepacific Cosmetics Group και άλλων ιδρυμάτων σε ολόκληρη τη Νότια Κορέα.

Ιδρωμένος

Το Kim Group ειδικεύεται στην κατασκευή εύκαμπτων ταινιών ημιαγωγών. Οι ερευνητές επινόησαν μια τεχνική που ονομάζεται απομακρυσμένη επιταξία, η οποία περιλαμβάνει την ανάπτυξη εξαιρετικά λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών υψηλής ποιότητας σε γκοφρέτες σε υψηλή θερμοκρασία και την επιλεκτική απολέπιση των ταινιών, τις οποίες στη συνέχεια μπορούν να συνδυάσουν και να στοιβάξουν για να σχηματίσουν αισθητήρες που είναι πολύ πιο λεπτοί και πιο ευέλικτοι από τα συμβατικά σχέδια με βάση τη γκοφρέτα.

Πρόσφατα, το έργο τους τράβηξε την προσοχή της εταιρείας καλλυντικών Amorepacific, η οποία ενδιαφερόταν να αναπτύξει μια λεπτή, φορετή ταινία για να παρακολουθεί συνεχώς τις αλλαγές στο δέρμα. Η εταιρεία συνεργάστηκε με τον Kim για να σχεδιάσει τις εύκαμπτες, ημι-αγώγιμες ταινίες συλλογής σε κάτι που μπορεί να φορεθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αλλά η ομάδα σύντομα αντιμετώπισε ένα εμπόδιο που άλλα σχέδια e-skin δεν είχαν εξαλείψει: ιδρώτα. Τα περισσότερα πειραματικά σχέδια περιλαμβάνουν αισθητήρες σε ιξώδη, αεροστεγή υλικά με βάση πολυμερές. Άλλα υφαντά σχέδια νανοϊνών μπορούν να επιτρέψουν στον αέρα να περάσει, αλλά όχι ιδρώτα. Αν το e-skin λειτουργούσε μακροπρόθεσμα, ο Kim συνειδητοποίησε ότι έπρεπε να είναι διαπερατό όχι μόνο στον ατμό αλλά και στον ιδρώτα.

«Ο ιδρώτας μπορεί να συσσωρευτεί μεταξύ του e-skin και του δέρματός σας, κάτι που μπορεί να προκαλέσει βλάβη στο δέρμα και δυσλειτουργία του αισθητήρα», λέει ο Kim. «Προσπαθήσαμε λοιπόν να αντιμετωπίσουμε αυτά τα δύο θέματα ταυτόχρονα, επιτρέποντας στον ιδρώτα να διεισδύσει ηλεκτρονικό δέρμα. “

κάνοντας την περικοπή

Για έμπνευση στο σχεδιασμό, οι ερευνητές εξέτασαν τους πόρους του ανθρώπινου ιδρώτα. Διαπίστωσαν ότι η μέση διάμετρος πόρων μετρήθηκε περίπου 100 μικρά και οι πόροι κατανέμονται τυχαία σε όλο το δέρμα. Έκανε κάποιες αρχικές προσομοιώσεις για να δουν πώς θα μπορούσαν να επικαλύψουν και να τακτοποιήσουν τους τεχνητούς πόρους, με τρόπο που δεν θα φράξει τους πραγματικούς πόρους στο ανθρώπινο δέρμα.

“Η απλή ιδέα μας είναι, εάν παρέχουμε κανάλια τεχνητού ιδρώτα στο e-skin και κάνουμε πολύ διαπερατές οδούς ιδρώτα, μπορεί να επιτύχουμε μακροπρόθεσμο δυναμικό παρακολούθησης”, εξηγεί ο Yun.

Ξεκίνησαν με ένα περιοδικό μοτίβο οπών, το καθένα με το μέγεθος ενός πραγματικού πόρου ιδρώτα. Διαπίστωσαν ότι εάν οι πόροι απέχουν μεταξύ τους, σε απόσταση μικρότερη από τη μέση διάμετρο πόρων, το σχέδιο στο σύνολό του θα διεισδύσει αποτελεσματικά. Αλλά διαπίστωσαν επίσης ότι εάν αυτό το απλό σχέδιο τρυπών διατρήθηκε μέσω μιας λεπτής μεμβράνης, η ταινία δεν ήταν τεντωμένη και θα μπορούσε εύκολα να σπάσει όταν εφαρμόζεται στο δέρμα.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να αυξήσουν τη δύναμη και την ευελιξία του μοτίβου οπών κόβοντας λεπτά κανάλια ανάμεσα σε κάθε τρύπα, δημιουργώντας ένα μοτίβο επαναλαμβανόμενων αλτήρων, αντί για απλές τρύπες, που χαλαρώνουν το άγχος, αντί να το εστιάζουν σε ένα μέρος. Αυτό το μοτίβο, όταν χαράσσεται σε ένα υλικό, δημιουργεί ένα ελαστικό αποτέλεσμα που μοιάζει με kirigami.

“Εάν ρίξετε ένα κομμάτι χαρτί σε μια μπάλα, δεν ταιριάζει”, λέει ο Kim. “Αλλά αν κόψεις ένα μοτίβο kirigami σε χαρτί, μπορεί να ταιριάζει. Έτσι σκεφτήκαμε, γιατί να μην ευθυγραμμίσουμε τις τρύπες με κομμάτια, για να πάρουμε μια σφήνα σαν kirigami στο δέρμα; Ταυτόχρονα μπορούμε να διεισδύσουμε στον ιδρώτα.”

Σύμφωνα με αυτό το σκεπτικό, η ομάδα έφτιαξε ένα ηλεκτρονικό δέρμα από πολλαπλά λειτουργικά στρώματα, το καθένα σκαλισμένο με πόρους σε σχήμα αλτήρα. Τα στρώματα του δέρματος αποτελούνται από μια σειρά από εξαιρετικά λεπτούς αισθητήρες τύπου ημιαγωγού για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας, της ενυδάτωσης, της υπεριώδους έκθεσης και της μηχανικής καταπόνησης. Αυτό το συγκρότημα αισθητήρων περικλείεται ανάμεσα σε δύο λεπτές, προστατευτικές μεμβράνες, όλες καλυμμένες με κόλλα πολυμερούς.

«Το E-skin μοιάζει ανθρώπινο δέρμα“Είναι πολύ ελαστικό και ο ιδρώτας μπορεί να το διαπεράσει”, λέει ο Yoon.

Οι ερευνητές δοκίμασαν το e-skin συνδέοντάς το με τον καρπό και το μέτωπο του εθελοντή. Ο εθελοντής φορούσε την ταινία συνεχώς για μια εβδομάδα. Καθ ‘όλη τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το νέο ηλεκτρονικό δέρμα μέτρησε αξιόπιστα τη θερμοκρασία, τα επίπεδα ενυδάτωσης, την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία και τον παλμό, ακόμη και κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων που προκαλούν ιδρώτα, όπως τρέξιμο στον διάδρομο για 30 λεπτά και κατανάλωση ζεστού γεύματος.

Ο σχεδιασμός της ομάδας είναι επίσης συμβατός με το δέρμα, κρατώντας το μέτωπο του εθελοντή καθώς του ζητήθηκε επανειλημμένα να συνοφρυώσει ενώ εφίδρωσε άφθονα, σε σύγκριση με άλλα σχέδια e-skin που στερούνται διαπερατότητας και διαχωρίζονται εύκολα από το δέρμα.

Ο Kim σχεδιάζει να βελτιώσει την αντοχή και την ανθεκτικότητα του σχεδιασμού. Ενώ η ταινία είναι και οι δύο διαπερατές Ιδρώτας Και πολύ συμβατό, χάρη στο ανάγλυφο kirigami, είναι το ίδιο μοτίβο, σε συνδυασμό με το λεπτό σχήμα της κορδέλας, καθιστώντας το πολύ εύθραυστο σε τριβή. Ως αποτέλεσμα, οι εθελοντές έπρεπε να φορούν ένα περιτύλιγμα γύρω από την ταινία για να το προστατεύσουν κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων όπως το ντους.

“Επειδή το ηλεκτρονικό δέρμα είναι τόσο μαλακό, μπορεί να υποστεί σωματική βλάβη”, λέει ο Yoon. Στόχος μας είναι η βελτίωση της ευελιξίας των ηλεκτρονικών συσκευών δέρμα. ”


Αφαιρούμενες οθόνες επιδερμίδας που ιδρώνουν ιδρώτα


περισσότερες πληροφορίες:
Η. Yeon el al. Αξιόπιστη, μακροχρόνια παρακολούθηση της φυσικής υγείας με διάτρητα ηλεκτρονικά δέρματα εμπνευσμένα από ιδρώτα. πρόοδος της επιστήμης (2021). advances.sciencemag.org/lookup….1126 / sciadv.abg8459

το απόσπασμα: Το Sweatproof Smart Skin παίρνει αξιόπιστα Vital, ακόμη και κατά τη διάρκεια καυτών προπονήσεων και γευμάτων (2021, 30 Ιουνίου) Ανακτήθηκε στις 30 Ιουνίου 2021 από https://techxplore.com/news/2021-06-sweat-proof-smart-skin- αξιόπιστο- dynamics.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Φύση: Οι σφήκες παρακολουθούν τις κοντινές φωλιές σε μια «καταπληκτική πράξη ανιδιοτέλειας»

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *