Larruazal biologikoa eta bere funtzioak imitatzen dituen 'e-Skin'

"Azala elektroniko" moldagarri, autosendagarri eta guztiz birziklagarria den mota berri baten aurkikuntzak aplikazio zabalak ditu osasunaren monitorizazioan, robotikan, protesietan eta gailu biomediko hobetuetan.

Argitaratutako azterketa bat Zientzia aurrerapenek Larru elektroniko berri bat (edo, besterik gabe, e-skin) ezaugarri ugari dituena erakusten du, besteak beste, maleagarritasuna, autosendatzea eta birziklagarritasun osoa gizakiarekin alderatuta. azala¹.Azala, gure organorik handiena, estalki mamitsua da kanpotik ikusita. Gure larruazala oso polifazetikoa den organoa da, iragazgaitza eta isolatzaile gisa jarduten duena eta gure gorputza kanpoko arrisku edo faktore ezberdinetatik babesten duena, adibidez, eguzkia kaltetzeko. Larruazaleko funtzio batzuk gorputzaren tenperatura erregulatzea, gorputza substantzia toxikoen ingestatik babestea eta substantzia toxikoak kanporatzea (izerdiarekin batera), laguntza mekanikoa eta immunologikoa eta funtsezkoa ekoiztea dira. D bitamina gure hezurrentzat oso garrantzitsua dena. Azala ere sentsore handi bat da, garunarekin berehala komunikatzeko nerbio ugari dituena.

Mundu osoko ikertzaileak "wearable" mota eta tamaina desberdinak garatzen aritu dira e-larruak' imitatzen saiatzeko helburuarekin biologikoa azala eta bere hainbat funtzio. Gailu malgu eta luzagarrien beharra handia dago giza azal leun eta kurbilineoarekin integratzeko. Nanoeskala (10^-9m) materialek behar den aldakortasun mekaniko eta elektrikoa eman dezakete aurretik erabili ohi den silizio zurruna ordezkatuz. AEBetako Coloradoko Unibertsitateko Jianliang Xiao doktoreak zuzentzen duen taldeak larruazal elektroniko artifizial bat (e-skin) arrakastaz garatu du giza larruazaleko ukitu sentsorialak robot eta protesietara itzultzeko helburuarekin. Saiakera hau etorkizunean teknologia "eramangarri" bat izateko norabidean dago, medikuntza, zientzia eta ingeniaritza arloetan potentzial eta balio handia izango lukeena.

E-azala: autosendagarria eta birziklagarria

E-azala material mehe eta zeharrargi bat da eleberri Lotura kobalenteko polimero-sare dinamiko mota, poliimina izenekoa, zilarrezko nanopartikulaz lotzen dena, erresistentzia mekanikoa, egonkortasun kimikoa eta eroankortasun elektrikoa hobetzeko. E-skin honek sentsoreak ditu barnean presioa, tenperatura, hezetasuna eta aire-fluxua neurtzeko. E-larruazale hau aipagarritzat jotzen da, ezaugarri asko dituelako eta horrek gizakiaren larruazalaren oso hurbilago imitatzen duelako. Oso moldagarria da eta gainazal kurbatuetan erraz ezar daiteke (adibidez, giza besoetan eta hanketan, esku robotikoetan), bero eta presio moderatua aplikatuz gehiegizko tentsiorik gabe. Auto-sendatzeko propietate harrigarriak ditu, non kanpoko zirkunstantzia batek eragindako ebaki edo kalteren aurrean, e-skin-ak bereizitako bi aldeen arteko lotura kimikoak birsortzen ditu, matrizea bere funtzionaltasun egokia berreskuratuz eta jatorrizko lotura-egoera itzultzeko.

Edozein zirkunstantzia dela-eta e-skin hori erabilezin bihurtzen bada, guztiz birziklatu eta berri-berria den e-skin bihurtu daiteke, lehendik dagoen e-skin materiala "likidatzen" duen birziklapen-soluzio batean jarriz eta "azala" bihurtzen duena. berria” e-skin. Birziklatze-soluzio honek - etanolean komertzialki eskuragarri dauden hiru konposatu kimikoren nahasketak - polimeroak degradatzen ditu eta zilarrezko nanopartikulak disoluzioaren hondoan hondoratzen ditu. Polimero degradatu hauek berriro erabil daitezke e-skin funtzional berria egiteko. Giro-tenperaturan lor daitekeen autosendatze eta birziklagarritasun hori erabilitako polimeroaren lotura kimikoari dagokio. Poliiminaren sare polimerikoaren abantaila da itzulgarria dela eta hautsi eta birzikla daitekeela ohiko termostato-material gehienek ez bezala, zeinak ezin diren birmoldatu edo birprozesatu edo birzikla daitezkeen sare polimeriko gurutzatuetan dauden lotura itzulezinak direlako. Hau giza azala bera baino sendoagoa da eta ordezko baino gehiago hobetzeko erabil liteke. Ukitzea ere atsegina da eta ia benetako azala bezala sentitzen da, etorkizunean estaltzeko agente gisa litekeena, esate baterako, gailu elektronikoak.

E-skinen propietate ekologikoak eta kostu baxuak goraipatu dira eta e-skin-ek asko murriztu ditzake hondakin elektronikoak eta ingurumen-inpaktua eta oso erabilgarri eta ezagunak izan daitezke hainbat arlotako fabrikatzaileek. Momentuz urrunekoa dirudien arren, berrerabilpen-teknologia hau elektronika-elementu zaharretan ere antzera aplika daiteke. Izan ere, egungo fitness-jarraigailuek eta osasun-monitoreek kaltetutako behin hondakin elektronikoak konbinatzen dituzten ingurumen-arazoen gero eta handiagoa da. E-azala gure lepoan edo eskumuturretan eraman daiteke eta hauek jantzi malguak edo behin-behineko tatuajeak bezalakoak izan daitezke eta hondatzen diren bakoitzean birziklatu eta berrerabili daitezke. E-skin malgua denez, tolestu eta bihurritu daiteke eta pertsonalizatu egin daiteke erabiltzailearen arabera. Teknologiak adimendunentzako bideak irekitzen ditu robotika zeinetan sentitzeko hain atsegina eta erosoa den azal elektronikoa robot baten gorputzaren edo gorputz-adarre artifizial baten inguruan ingura daiteke. Gehiago esateko, azal elektroniko honetan bilduta dagoen beso edo hanka protesiko batek tenperatura eta presio aldaketei erantzuteko aukera eman diezaioke eramaileari, bertan sartutako sentsore anitzak direla eta. E-larruaz hornitutako robotikako beso edo hankek gizakiekin delikatuago joka dezakete robotak eta seguruagoak eta fidagarriagoak izan daitezen. Esate baterako, e-skin haurra edo adineko hauskor bat maneiatzen duen robot bati egokitu ahal izango zaio bereziki eta, beraz, robotak ez du indar gehiegi aplikatuko. E-skin-aren beste aplikazio bat ingurune arriskutsuetan edo arrisku handiko lanetan izan daiteke. Sinesgarria da teknologia hau gizakien elkarrekintza fisikorik gabeko edozein eragiketa ahalbidetuko luketen botoi, kontrol edo ate birtualekin erabil litekeela, adibidez, lehergailuen industrian edo beste lan-lerro arriskutsuetan, eta, beraz, e-skin honek aukerak murrizteko gai izan daitezke. edozein giza lesiorik.

Pantaila gehitzea e-skin-ari

Tokioko Unibertsitateko ikertzaile talde batek pantaila bat gehitu du berriki²(mikro-LED) adabaki elektroniko ultrameheetara, banda-laguntza estiloko adabaki elektronikoetara, denbora errealean osasuna kontrolatzeko seinale desberdinak bistaratzeko (adibidez, diabetesa duten pertsonen glukosa-maila neurtzea edo bihotzeko elektrokardiograma baten uhin ibiltaria). gaixoaren). Adabaki hauek kableatu luzagarri bat dute eta, beraz, ehuneko 45 arte tolestu edo luza daitezke, erabiltzailearen mugimenduaren arabera. Hauek azken garaiotako diseinu malguena eta iraunkorrena dutentzat jotzen dira. Giza larruazaleko zelulen etengabeko isurketak egun batzuen buruan adabakia eror daitekeela esan lezake, baina hori konpondu daiteke.

Takao Someya irakasleak zuzendutako ikerketa honek dio pantaila hori, azkenean, mediku-informazioa irakurtzeko eta komunikatzeko modu erraz eta errazean erabil daitekeela pazienteentzat ez ezik, familiako kideentzat, zaintzaileentzat eta osasun profesionalentzat ere bai pertsonalki edo baita ere. urrunetik. Mezuak ere jasoko lituzke. Ikertzaileek adabakiaren fidagarritasuna are gehiago hobetzea, errentagarriagoa izatea eta ekoizpena areagotzea mundu osoko hedadura zabalagoa izan dadin. Haien helburua 2020 amaierarako gailu hau merkatuan jartzea da.

Aurrera begira erronkak

E-skin-aren garapena ikerketa oso zirraragarria da, hala ere, gure oinarrizko propietateetako bat - malgutasuna eta luzatze-gaitasuna - oraindik ez du lortu e-skin-ek. E-larruazala leuna da baina ez da giza azala bezain luzagarria. Egileen arabera, dagoen bezala materiala ere ez da oso erraz erreproduzitzen. Birziklatutako/birziklatutako e-larruazaleko gailu batean sentsazio-errendimendu orokorraren murrizketa txiki bat ikusi zen modulu berri batekin alderatuta, hau guztiz zuzendu behar da ikerketa gehiagorekin. E-skinek erabiltzen dituzten eremu magnetikoak ere nahiko handiak dira eta eskalatu egin behar dira. Gaur egun gailua kanpoko iturri batetik elikatzen da eta hori ez da oso praktikoa, baina gailua elikatzeko bateria txiki kargagarriak izatea posible izan beharko litzateke. Xiao doktoreak eta bere taldeak produktu hau findu eta eskalatzeko irtenbidea hobetu nahi dute, gutxienez oztopo ekonomikoak gainditu ahal izateko eta e-larru hori errazagoa izan dadin robot edo protesietan edo gailu medikoetan edo beste edozertan fabrikatzeko eta jartzeko.

***

{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}

Iturria (k)

1. Zou Z et al. 2018. Azala elektroniko birziklagarria, guztiz birziklagarria eta moldagarria nanokonposite termoegonkor kobalente dinamikoarekin gaituta. Zientzia aurrerapenek. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Etengabeko osasun-kontrola azaleko sentsore ultramalguekin. AAAS Urteko Bileraren Sinposioa, Austin, Texas, 17ko otsailaren 2018an.