Zbulimi i një lloji të ri të "lëkurës elektronike" të lakueshme, vetë-shëruese dhe plotësisht të riciklueshme ka aplikime të gjera në monitorimin e shëndetit, robotikë, protetikë dhe pajisje të përmirësuara biomjekësore.
Një studim i publikuar në Përparimet Shkenca tregon një lëkurë të re elektronike (ose thjesht e-skin) që ka një sërë veçorish duke përfshirë lakueshmërinë, vetë-shërimin dhe riciklueshmërinë e plotë kur krahasohet me njeriun lëkurë1Lëkura, organi ynë më i madh, është mbulesa me mish kur shihet nga jashtë. Lëkura jonë është një organ shumë i gjithanshëm i cili vepron si një mburojë e papërshkueshme nga uji, izoluese dhe mbron trupin tonë nga një sërë rreziqesh ose faktorësh të jashtëm, p.sh. dëmtimi i diellit. Disa nga funksionet e lëkurës janë rregullimi i temperaturës së trupit, mbrojtja e trupit nga marrja e substancave toksike dhe gjithashtu nxjerrja e substancave toksike (së bashku me djersën), mbështetja mekanike dhe imunologjike dhe prodhimi i vitaminë D që është shumë e rëndësishme për kockat tona. Lëkura është gjithashtu një sensor i madh me nerva të bollshëm për të komunikuar në çast me trurin.
Studiuesit në mbarë botën kanë punuar në zhvillimin e llojeve dhe madhësive të ndryshme të pajisjeve të veshura e-lëkurat' me synimin për të provuar të imitojë biologjik lëkura dhe funksionet e saj të ndryshme. Ekziston një nevojë e madhe për pajisje fleksibël dhe të shtrirë për integrim pa probleme me lëkurën e njeriut të butë dhe të lakuar. Nanoshkallë (10-9m) materialet mund të sigurojnë shkathtësinë e kërkuar mekanike dhe elektrike duke zëvendësuar silikonin e ngurtë që zakonisht është përdorur më parë. Ekipi i udhëhequr nga Dr. Jianliang Xiao në Universitetin e Kolorados, Boulder, SHBA ka zhvilluar me sukses një lëkurë artificiale elektronike (e-skin) me synimin për të përkthyer prekjen ndijore të lëkurës së njeriut në robotë dhe proteza. Kjo përpjekje është në drejtimin që në të ardhmen të kemi një teknologji të “vishet”, e cila do të kishte potencial dhe vlerë të madhe në fushën mjekësore, shkencore dhe inxhinierike.
E-skin: vetë-shëruese dhe e riciklueshme
E-skin është një material i hollë, i tejdukshëm që ka një roman një lloj rrjeti polimer dinamik me lidhje kovalente, i quajtur poliimin, i cili është i lidhur me nanogrimca argjendi për të përmirësuar forcën mekanike, stabilitetin kimik dhe përçueshmërinë elektrike. Ky e-skin ka gjithashtu sensorë të ngulitur në të për të matur presionin, temperaturën, lagështinë dhe rrjedhën e ajrit. Ky e-skin po konsiderohet i mrekullueshëm sepse është përfshirë me shumë karakteristika që e bëjnë atë një imitues jashtëzakonisht të afërt të lëkurës së njeriut. Është shumë i lakueshëm dhe mund të vendoset lehtësisht në sipërfaqe të lakuara (p.sh. krahët dhe këmbët e njeriut, duar robotike) duke ushtruar nxehtësi dhe presion të moderuar në të pa shkaktuar strese të tepërta. Ka veti të mahnitshme vetë-shëruese ku me çdo prerje ose dëmtim të shkaktuar nga një rrethanë e jashtme, e-skin rikrijon lidhjet kimike midis dy anëve të ndara duke rivendosur matricën për funksionalitetin e saj të duhur dhe duke u kthyer në gjendjen e saj origjinale të lidhjes.
Nëse kjo e-skin bëhet e papërdorshme për ndonjë rrethanë, ajo mund të riciklohet plotësisht dhe të kthehet në një e-skin krejt të re duke e vendosur në një zgjidhje riciklimi që "lëngizon" materialin ekzistues të e-skin dhe e kthen atë në " i ri” e-skin. Kjo zgjidhje riciklimi - një përzierje e tre përbërjeve kimike të disponueshme në treg në etanol - degradon polimeret dhe nanogrimcat e argjendit fundosen në fund të tretësirës. Këta polimerë të degraduar mund të përdoren sërish për të krijuar e-skin të ri funksional. Ky vetë-shërim dhe riciklim i cili arrihet në temperaturën e dhomës i atribuohet lidhjes kimike të polimerit të përdorur. Avantazhi i rrjetit polimer të poliiminit është se ai është i kthyeshëm dhe mund të thyhet dhe riciklohet ndryshe nga shumica e materialeve termostatore konvencionale, të cilat nuk mund të riformohen ose ripërpunohen ose riciklohen për shkak të lidhjeve të pakthyeshme brenda rrjeteve të tyre polimerike të ndërlidhura. Kjo është më e fortë se vetë lëkura e njeriut dhe mund të përdoret si një përmirësim për të dhe jo si zëvendësim. Është gjithashtu e këndshme për t'u prekur dhe ndihet pothuajse si lëkurë e vërtetë, e cila mund ta bëjë atë si një agjent mbulues në të ardhmen, të themi pajisjet elektronike.
Vetitë miqësore me mjedisin dhe me kosto të ulët të e-skin janë përshëndetur dhe një e-skin i tillë mund të reduktojë në masë të madhe mbetjet elektronike dhe ndikimin mjedisor dhe mund të jetë shumë i përdorshëm dhe i popullarizuar nga prodhuesit në fusha të ndryshme. Megjithëse mund të tingëllojë e çmendur për momentin, kjo teknologji e ripërdorimit mund të zbatohet në mënyrë të ngjashme edhe për artikujt e vjetër elektronikë. Në fakt, gjurmuesit e ditëve moderne të fitnesit dhe monitorët e shëndetit dikur të dëmtuara i shtohen malit në rritje të problemeve të lidhura me mjedisin me përbërjen e mbetjeve elektronike. Lëkura elektronike mund të vishet rreth qafës ose në kyçet e dorës dhe këto mund të jenë si pajisje fleksibël për veshje ose tatuazhe të përkohshme dhe sa herë që dëmtohen mund të riciklohen dhe ripërdoren. Meqenëse e-skin është fleksibël, ajo mund të përkulet dhe të përdredhur dhe mund të personalizohet sipas përdoruesit. Teknologjia hap rrugë për inteligjencën robotikë në të cilën një lëkurë elektronike kaq e këndshme për t'u ndjerë dhe e rehatshme mund të mbështillet rreth trupit të një roboti ose një gjymtyre artificiale. Për të elaboruar, një krah ose këmbë protetike e cila është e mbështjellë në këtë lëkurë elektronike mund t'i lejojë përdoruesit t'i përgjigjet ndryshimeve të temperaturës dhe presionit për shkak të sensorëve të shumtë të përfshirë në të. Krahët ose këmbët robotike të pajisura me një lëkurë të tillë elektronike mund t'i bëjnë robotët të veprojnë më delikate ndaj njerëzve dhe të jenë më të sigurt dhe më të besueshëm. Për shembull, e-skin mund t'i përshtatet posaçërisht një roboti që trajton një fëmijë ose një të moshuar të brishtë dhe kështu roboti nuk do të aplikojë shumë forcë. Një aplikim tjetër i e-skin mund të jetë potencialisht në mjedise të rrezikshme ose në punë me rrezik të lartë. Është e besueshme që kjo teknologji mund të përdoret me butona virtualë, kontrolle ose dyer që do të mundësonin çdo operacion pa ndërveprim fizik njerëzor, për shembull në industrinë e eksplozivëve ose linja të tjera të rrezikshme të punës, dhe kështu kjo e-skin mund të zvogëlojë shanset. për çdo dëmtim njerëzor.
Shtimi i ekranit në e-skin
Një ekip studiuesish në Universitetin e Tokios kanë shtuar së fundmi një ekran2(mikro-LED) deri te arna të lëkurës elektronike të stilit të ndihmave me brez, për të mundësuar shfaqjen e shenjave të ndryshme të monitorimit të shëndetit në kohë reale (p.sh. matja e niveleve të glukozës tek njerëzit me diabet ose forma lëvizëse e valës së një elektrokardiogrami të zemrës pacient). Këto arna kanë një tela të shtrirë dhe kështu mund të përkulen ose shtrihen deri në 45 përqind bazuar në lëvizjen e përdoruesit. Këto konsiderohen se kanë dizajnin më fleksibël dhe më të qëndrueshëm në kohët e fundit. Rrjedhja e vazhdueshme e qelizave të lëkurës njerëzore mund të nënkuptojë që copëza mund të bjerë pas disa ditësh, por kjo mund të zgjidhet.
Ky studim, i udhëhequr nga profesori Takao Someya, thekson se një ekran i tillë mund të përdoret përfundimisht për të mundësuar leximin dhe komunikimin e informacionit mjekësor në një mënyrë të qetë dhe të lehtë, jo vetëm për pacientët, por edhe për anëtarët e familjes, kujdestarët dhe profesionistët shëndetësorë personalisht ose madje. nga distanca. Do të merrte edhe mesazhe. Studiuesit synojnë të përmirësojnë më tej besueshmërinë e patch-it, ta bëjnë atë më me kosto efektive dhe gjithashtu të rrisin prodhimin e tij për një shtrirje më të gjerë në mbarë globin. Synimi i tyre është ta hedhin në treg këtë pajisje deri në fund të vitit 2020.
Sfidat përpara
Zhvillimi i e-skin është një kërkim i ri shumë emocionues, megjithatë, një nga vetitë themelore të tonë - fleksibiliteti dhe aftësia për shtrirje - ende nuk është arritur me sukses nga e-skin. Lëkura elektronike është e butë, por jo aq elastike sa lëkura e njeriut. Sipas autorëve, siç qëndron materiali gjithashtu nuk është shumë lehtë i riprodhueshëm. Një reduktim i lehtë në performancën e përgjithshme të ndijimit në një pajisje e-skin të ripërpunuar/ricikluar u pa në krahasim me një modul të ri, kjo duhet të adresohet plotësisht me kërkime të mëtejshme. Fushat magnetike të përdorura nga e-skins janë gjithashtu mjaft të larta dhe duhet të zvogëlohen. Aktualisht pajisja furnizohet me energji nga një burim i jashtëm që është shumë jopraktik, por duhet të jetë e mundur që në vend të kësaj të ketë bateri të ringarkueshme dhe të vogla për të fuqizuar pajisjen. Dr.Xiao dhe ekipi i tij duan të përsosin këtë produkt dhe të përmirësojnë zgjidhjen e shkallëzimit në mënyrë që të paktën pengesat ekonomike të mund të kapërcehen dhe kjo e-skin duhet të jetë më e lehtë për t'u prodhuar dhe vendosur në robotë, proteza ose pajisje mjekësore ose çdo gjë tjetër.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
1. Zou Z et al. 2018. Lëkura elektronike e rikuperueshme, plotësisht e riciklueshme dhe e lakueshme e mundësuar nga nanokompoziti dinamik kovalent termoset. Përparimet Shkenca. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Monitorim i vazhdueshëm i shëndetit me sensorë ultrafleksibil në lëkurë. Simpoziumi i Takimit Vjetor të AAAS, Austin, Teksas, 17 shkurt 2018.
