Адкрыццё новага тыпу падатлівай, самовосстанавливающейся і цалкам прыдатнай для перапрацоўкі «электроннай скуры» мае шырокае прымяненне ў маніторынгу здароўя, робататэхніцы, пратэзаванні і ўдасканаленых біямедыцынскіх прыладах.
Даследаванне, апублікаванае ў Навука развіваецца дэманструе новую электронную скуру (ці проста электронную скуру), якая валодае мноствам уласцівасцяў, уключаючы падатлівасць, самааднаўленне і поўную перапрацоўку ў параўнанні з чалавечым скура1.Скура, наш самы вялікі орган, з'яўляецца мясістым покрывам, калі глядзець звонку. Наша скура з'яўляецца вельмі універсальным органам, які дзейнічае як воданепранікальны, ізаляцыйны шчыт і абараняе наша цела ад розных знешніх небяспек або фактараў, напрыклад, шкоднага сонца. Некаторыя з функцый скуры - гэта рэгуляванне тэмпературы цела, абарона арганізма ад паступлення таксічных рэчываў, а таксама вывядзенне таксічных рэчываў (разам з потам), механічная і імуналагічная падтрымка і выпрацоўка найважнейшых Вітамін D што вельмі важна для нашых костак. Скура таксама з'яўляецца велізарным датчыкам з дастатковай колькасцю нерваў, каб імгненна мець зносіны з мозгам.
Даследчыкі ва ўсім свеце працавалі над распрацоўкай розных тыпаў і памераў «насіць». электронныя скіны' з мэтай спробы імітаваць біялагічны скура і яе розныя функцыі. Існуе моцная патрэба ў гнуткіх і расцяжымых прыладах для бясшвоўнай інтэграцыі з мяккай і крывалінейнай скурай чалавека. Нанамаштаб (10-9m) матэрыялы могуць забяспечыць неабходную механічную і электрычную ўніверсальнасць, замяняючы жорсткі крэмній, які звычайна выкарыстоўваўся раней. Каманда пад кіраўніцтвам доктара Цзяньляна Сяо з Універсітэта Каларада, Боулдэр, ЗША паспяхова распрацавала штучную электронную скуру (e-skin) з мэтай трансляцыі сэнсарнага дотыку скуры чалавека на робатаў і пратэзаў. Гэтая спроба накіравана на тое, каб у будучыні з'явілася «носная» тэхналогія, якая будзе мець велізарны патэнцыял і каштоўнасць у медыцынскіх, навуковых і інжынерных галінах.
Электронная скура: самааднаўляецца і падлягае перапрацоўцы
Электронная скура - гэта тонкі напаўпразрысты матэрыял, які мае а раман тыпу кавалентна звязанай дынамічнай палімернай сеткі, званай поліімінам, у якую ўключаны наначасціцы срэбра для паляпшэння механічнай трываласці, хімічнай стабільнасці і электраправоднасці. Гэтая электронная скура таксама мае ўбудаваныя датчыкі для вымярэння ціску, тэмпературы, вільготнасці і патоку паветра. Гэтую электронную скуру лічаць асаблівай, таму што яна мае мноства функцый, якія робяць яе вельмі блізкай да чалавечай скуры. Ён вельмі пластычны і можа быць лёгка ўсталяваны на крывалінейных паверхнях (напрыклад, чалавечых руках і нагах, рабатызаваных руках), ужываючы да яго ўмеранае цяпло і ціск без празмерных нагрузак. Ён валодае дзівоснымі ўласцівасцямі самааднаўлення, пры якіх пры любым парэзе або пашкоджанні, выкліканым знешнімі абставінамі, электронная скура аднаўляе хімічныя сувязі паміж двума раз'яднанымі бакамі, аднаўляючы матрыцу для яе належнай функцыянальнасці і вяртаючы яе ў першапачатковы звязаны стан.
Калі гэтая электронная скура прыйдзе ў непрыдатнасць з-за якой-небудзь акалічнасці, яе можна цалкам перапрацаваць і ператварыць у зусім новую электронную скуру, змясціўшы яе ў раствор для перапрацоўкі, які «разрэджвае» існуючы матэрыял электроннай скуры і ператварае яго ў « новая» электронная скура. Гэты раствор для перапрацоўкі - сумесь трох камерцыйна даступных хімічных злучэнняў у этаноле - дэградуе палімеры, і наначасціцы срэбра апускаюцца на дно раствора. Гэтыя дэградаваныя палімеры могуць быць выкарыстаны зноўку для стварэння новай функцыянальнай электроннай скуры. Такое самааднаўленне і магчымасць перапрацоўкі, якія дасягаюцца пры пакаёвай тэмпературы, звязаны з хімічным злучэннем выкарыстоўванага палімера. Перавага палімернай сеткі з полііміну заключаецца ў тым, што яна зварачальная і можа быць разбураная і перапрацаваная ў адрозненне ад большасці звычайных матэрыялаў для тэрмастатаў, якія нельга ні перапрацаваць, ні перапрацаваць, ні перапрацаваць з-за незваротных сувязяў у іх сшытых палімерных сетках. Гэта больш трывалая, чым сама чалавечая скура, і яе можна выкарыстоўваць у якасці паляпшэння, а не замены. Ён таксама прыемны на дотык і адчуваецца амаль як сапраўдная скура, якая, магчыма, можа стаць укрыўным агентам у будучыні, напрыклад, электронных прылад.
Экалагічна чыстыя і недарагія ўласцівасці электроннай скуры атрымалі высокую ацэнку, і такая электронная скура магла б значна паменшыць электронныя адходы і ўздзеянне на навакольнае асяроддзе, а таксама магла б быць вельмі карыснай і папулярнай сярод вытворцаў у розных галінах. Нягледзячы на тое, што зараз гэта можа здацца надуманым, гэтую тэхналогію паўторнага выкарыстання таксама можна прымяніць да старой электронікі. Фактычна, сучасныя фітнес-трэкеры і маніторы здароўя пасля пашкоджання дадаюць да расце гары праблем, звязаных з навакольным асяроддзем, звязаных з электроннымі адходамі. Электронную скуру можна насіць на шыі або на запясцях, і гэта можа быць падобна на гнуткія носьбіты або часовыя татуіроўкі, і кожны раз, калі яны пашкоджваюцца, іх можна перапрацоўваць і выкарыстоўваць паўторна. Паколькі электронная скура гнуткая, яе можна згінаць і скручваць, а таксама наладзіць у залежнасці ад таго, хто яе носіць. Тэхналогія адкрывае шляхі для разумнага робататэхніка у якім такая прыемная навобмацак і зручная электронная скура можа быць абгорнута вакол цела робата або пратэза. Удакладняючы, пратэз рукі ці ногі, загорнуты ў гэтую электронную скуру, можа дазволіць карыстальніку рэагаваць на змены тэмпературы і ціску з-за ўбудаваных у яго некалькіх датчыкаў. Рабатызаваныя рукі і ногі, абсталяваныя такой электроннай скурай, могуць зрабіць так, каб робаты больш далікатна дзейнічалі ў адносінах да людзей і былі больш бяспечнымі і надзейнымі. Напрыклад, e-skin можа быць спецыяльна прыстасаваны да робата, які абыходзіцца з дзіцем або кволым пажылым чалавекам, і, такім чынам, робат не будзе прыкладаць занадта шмат сілы. Яшчэ адно прымяненне электроннай скуры можа быць патэнцыйна ў небяспечных умовах або на працах з высокай рызыкай. Цалкам праўдападобна, што гэтая тэхналогія можа быць выкарыстана з віртуальнымі кнопкамі, элементамі кіравання або дзвярыма, якія дазволілі б выконваць любыя аперацыі без фізічнага ўзаемадзеяння чалавека, напрыклад, у вытворчасці выбуховых рэчываў або на іншых небяспечных участках працы, і такім чынам гэтая электронная скура можа знізіць шанцы любой чалавечай траўмы.
Даданне дысплея ў e-skin
Група даследчыкаў з Такійскага ўніверсітэта нядаўна дадала дысплей2(мікра-святлодыёд) да ўльтратонкіх электронных пластыраў у стылі пластыраў, якія дазваляюць адлюстроўваць розныя прыкметы маніторынгу здароўя ў рэжыме рэальнага часу (напрыклад, вымярэнне ўзроўню глюкозы ў людзей з дыябетам або рухомую форму сігналу электракардыяграмы сэрца пацыент). Гэтыя нашыўкі маюць расцяжную правадку і, такім чынам, могуць згінацца або расцягвацца да 45 працэнтаў у залежнасці ад рухаў карыстальніка. Яны лічацца найбольш гнуткімі і трывалымі канструкцыяй за апошні час. Бесперапыннае падзенне клетак скуры чалавека можа азначаць, што пластыр можа адваліцца праз некалькі дзён, але гэта можна абыйсці.
Гэта даследаванне пад кіраўніцтвам прафесара Такао Сомея сцвярджае, што такі дысплей можна ў канчатковым выніку выкарыстоўваць для бесперашкоднага і лёгкага чытання і перадачы медыцынскай інфармацыі не толькі для пацыентаў, але і для членаў сям'і, апекуноў і медыцынскіх работнікаў асабіста або нават дыстанцыйна. Ён таксама будзе атрымліваць паведамленні. Даследчыкі імкнуцца яшчэ больш палепшыць надзейнасць пластыру, зрабіць яго больш эканамічна эфектыўным, а таксама павялічыць яго вытворчасць для больш шырокага ахопу па ўсім свеце. Іх мэта - вывесці гэтую прыладу на рынак да канца 2020 года.
Задачы на будучыню
Распрацоўка e-skin - гэта вельмі цікавае новае даследаванне, аднак адна з фундаментальных уласцівасцяў нашай - гнуткасць і здольнасць да расцягвання - яшчэ не будзе паспяхова дасягнута з дапамогай электроннай скуры. Электронная скура мяккая, але не такая эластычная, як скура чалавека. Па словах аўтараў, у цяперашні час матэрыял таксама не вельмі лёгка прайграць. Было заўважана невялікае зніжэнне агульнай прадукцыйнасці зандзіравання ў адноўленай/перапрацаванай прыладзе электроннай скуры ў параўнанні са свежым модулем, і гэта павінна быць цалкам вырашана ў далейшым даследаванні. Магнітныя палі, якія выкарыстоўваюцца электроннымі скінамі, таксама даволі высокія і іх трэба паменшыць. У цяперашні час прылада сілкуецца ад вонкавай крыніцы, што вельмі немэтазгодна, але замест гэтага павінна быць магчымасць мець акумулятарныя невялікія батарэі для харчавання прылады. Доктар Сяо і яго каманда хочуць удасканаліць гэты прадукт і палепшыць рашэнне для маштабавання, каб можна было пераадолець прынамсі эканамічныя перашкоды, а гэтую электронную скуру было прасцей вырабляць і размяшчаць на робатах, пратэзах, медыцынскіх прыладах ці чым-небудзь іншым.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
1. Zou Z і інш. 2018. Аднаўленчая, цалкам перапрацоўваемая і падатлівая электронная скура з дынамічным кавалентным термореактивным нанакампазітам. Навука развіваецца. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Сомея Т. 2018. Пастаянны маніторынг здароўя з дапамогай ультрагнуткіх датчыкаў на скуры. Сімпозіум штогадовай сустрэчы AAAS, Осцін, штат Тэхас, 17 лютага 2018 г.
