Jak szybko i tanio wyprodukować elektroniczną skórę
Ludzka skóra jest wyposażona w czułe komórki nerwowe, które wyczuwają ciśnienie, temperaturę i inne wrażenia, które umożliwiają bezpośrednią interakcję z otaczającym nas środowiskiem. Portugalscy naukowcy donoszą, że udało im się zaprojektować ultra cienką, rozciągliwą sztuczną skórę, która realizuje wiele właściwości naturalnej skóry, a przy tym metoda jej aplikacji jest niezwykle prosta i mało kosztowna.
Naukowcy pracujący nad sztuczną skórą dążą do tego, aby urządzenia, pełniące funkcję protez, a także samodzielne roboty miały dostęp do podobnej palety wrażeń, jakimi dysponuje ludzka skóra. Nasza skóra jest jednym z narządów zmysłów. Dzięki niej odbieramy takie wrażenia jak ciepło i zimno, dotyk, ból, a także – dzięki receptorom połączonym z mięśniami – także kształt, twardość i plastyczność przedmiotów.
W październikowym (2018) numerze czasopisma „ACS Applied Materials & Interfaces” naukowcy z portugalskiego Universidade de Coimbra, współpracujący z amerykańskim Carnegie Mellon University, ogłosili, że udało im się zaprojektować ultra cienką, rozciągliwą elektroniczną skórę, która może znaleźć zastosowanie w różnych formach interakcji między maszyną a człowiekiem.
Urządzenia wyposażone w taki rodzaj bioelektroniki mogłyby pełnić funkcję protez, zajmować się monitorowaniem czynności życiowych, na przykład u ludzi pozostających w śpiączce, ale także znalazłyby swoją użyteczność w robotyce i wirtualnej rzeczywistości.
Głównym wyzwaniem w projektowaniu sztucznej skóry jest naniesienie bardzo cienkich elektronicznych przewodów na całą trójwymiarową powierzchnię i nadać jej takich właściwości – przed wszystkim giętkości i rozciągliwości – aby nie blokować ruchu. Świat nauki podejmował już takie próby, na przykład projektując „elektroniczne tatuaże”. Ich produkcja jest jednak niezwykle powolna i kosztowna, a dodatkowo wymaga sterylnych warunków i metod, takich jak fotolitografia.
Dr Mahmoud Tavakoli z Instytutu Systemów i Robotyki Universidade de Coimbra i prof. Carmel Majidi z Instytutu Robotyki Carnegie Mellon University oraz koordynowany przez nich zespół naukowców postawił sobie za cel rozwinięcie szybkiej, relatywnie prostej i niezbyt drogiej metody tworzenia cienkiej błony przewodzącej zintegrowanej z systemem elektronicznym.
Zaproponowane przez nich rozwiązanie wydaje się rzeczywiście niezwykle proste. Najpierw szablon obwodów zostaje naniesiony na papier transferowy do tymczasowych tatuaży przez zwykłą atramentową drukarkę. Następnie naniesiono na to srebrną pastę, która przylega wyłącznie do miejsc zadrukowanych atramentem. Na nią nałożono kolejną warstwę, kluczową dla przewodzenia i plastyczności – płynny stop galu (Ga) i indu (In). Ostatnim etapem przygotowania było podłączenie zewnętrznej elektroniki w postaci mikrochipów za pomocą kleju, który także ma własności przewodzące, ponieważ zawiera magnetyczne cząsteczki, osadzone w alkoholu poliwinylowym.
Badacze wypróbowali ten niezwykle prosty – w stosunku do zaawansowanego przeznaczenia – mechanizm między innymi kontrolując protezę ramienia, monitorując pracę mięśni szkieletowych badanego człowieka, a także wprowadzając receptory na trójwymiarowy model ręki.
Źródło badań: Hydroprinted Electronics: Ultrathin Stretchable Ag–In–Ga E-Skin for Bioelectronics and Human–Machine Interaction. „ACS Applied Materials & Interfaces” 10 (45), ss. 38760-38768. DOI: 10.1021/acsami.8b13257
Opracowano na podstawie artykułu Flexible electronic skin could help humans and machines interact opublikowanego na portal Knwridge.com
