Det epidermale elektroniske system (EES) er som en kortvarig tatovering, der kan tilpasse sig huden i vanskeligt at overvåge områder som halsen.
Et internationalt forskerteam har udviklet en ny type ultra-tynd elektronikapparat, der kan overvåge en persons hjerterytme, hjernebølger og muskelaktivitet. Så blød som huden klæber den uden lim og høster sin egen solkraft og elektromagnetiske stråling. Et papir, der beskriver det epidermale elektroniske system (EES), vises i udgaven af 12. august 2011 af Videnskab.
Det epidermale elektroniske system (EES) har bittesmå solfangere og kan trække strøm fra omstrejfende elektromagnetisk stråling til strøm til dets miniatyrsensorer, lysemitterende dioder, små sendere og modtagere - alt sammen del af et netværk af trådtråd. Billedkredit: J. Rogers, University of Illinois
Mens eksisterende teknologier måler hjertefrekvens, hjernebølger og muskelaktivitet nøjagtigt, har EES-enheden næsten ingen vægt og ingen eksterne ledninger og kræver ubetydelig strøm. På grund af dets små strømbehov kan enheden trække strøm fra omstrejfende (eller transmitterede) elektromagnetisk stråling gennem induktionsprocessen og kan høste en del af dets energibehov fra miniature solfangere.
I netværket af omhyggeligt udformede trådtråde er miniatyrsensorer, lysemitterende dioder, små sendere og modtagere. Alt dette er indeholdt i et design, der er mindre end 50 mikron tykt - tyndere end diameteren på et menneskehår - og integreret i polyesterunderstøttelsen, der er typisk for midlertidige tatoveringer, der klæber på. Enhederne er så tynde, at tæt-kontakt kræfter kaldes van der Waals interaktioner få enheden til at klæbe fast på molekylært niveau, så de elektroniske tatoveringer forbliver på plads i timevis uden lim.
Forskere ønskede at "sløre sondringen mellem elektronik og biologisk væv." Billedkredit: John A. Rogers
Enheden kan vare i op til 24 timer under ideelle forhold.
Yonggang Huang, det nordvestlige universitet, sagde:
Mekanikken bag designet til vores serpentinformede elektronik gør enheden lige så blød som den menneskelige hud. Designet gør det muligt for skøre, uorganiske halvledere at opnå ekstrem stor strækbarhed og fleksibilitet. Desuden er serpentin-designet meget nyttigt til selvklæbning til enhver overflade uden brug af lim.
Når EES-enheden er komprimeret og trukket, passer den til huden og forbliver på plads. Billedkredit: J. Rogers, University of Illinois
Mens nogle områder af kroppen ikke egner sig til klæbende elektronik, såsom albuen, er de fleste regioner, der ofte er målrettet til medicinske undersøgelser, ideelle, inklusive panden, ekstremiteterne og brystet.
Regioner i kroppen, som har vist sig vanskelige at passe til sensorer, kan nu overvåges, inklusive halsen, som forskerne studerede for at observere muskelaktivitet under tale. I et eksperiment brugte forskerne enheden til at kontrollere en stemmeaktiveret interface til videospil med mere end 90 procent nøjagtighed.
John Rogers, University of Illinois i Urbana-Champaign, tilføjet:
Denne type enhed kan muligvis hjælpe dem, der lider af visse sygdomme i strubehovedet. Det kan også danne grundlaget for en subvokal kommunikationsevne, der er egnet til skjult eller anden anvendelse.
Bølget ledningsføring muliggør styrke og fleksibilitet på trods af den lille størrelse. Regioner i kroppen, som har vist sig vanskelige at passe til sensorer, kan nu overvåges, inklusive halsen. Billedkredit: J. Rogers, University of Illinois
Forskerne undersøger også kliniske tilgange, især for lidelser, hvor sensorstørrelse er kritisk, såsom søvnapnø og nyfødtpleje. I fremtiden ser forskerne teknologien, der involverer mikrofluidiske enheder - åbner en ny arena med elektroniske bandager og hudhjælpere, der kan fremskynde sårheling eller behandling af forbrændinger og andre hudtilstande.
Denne korte video viser dig, hvordan EES går til og fra huden, og hvor fleksibel den er.
Bundlinjen: Et internationalt team af forskere, herunder Yonggang Huang, Northwestern University, og John Rogers, University of Illinois i Urbana-Champaign, har udviklet en ny type ultra-tynd overvågningsanordning - det epidermale elektroniske system (EES) - som overholder huden uden lim. Det har applikationer på områder af kroppen, der har været svære at passe til overvågningsudstyr, såsom halsen. En beskrivelse af enheden vises i udgaven af 12. august 2011 af Videnskab.