'e-Skin' Ti o ṣe Awọ Awọ Biological ati Awọn iṣẹ Rẹ

Awari ti iru tuntun ti malleable, imularada ti ara ẹni ati “awọ-awọ-itanna” ti a tun lo patapata ni awọn ohun elo jakejado ni ibojuwo ilera, awọn ẹrọ roboti, prosthetics ati awọn ẹrọ imudara biomedical.

A iwadi ti atejade ni Imọ Imọ ṣe afihan awọ ara eletiriki tuntun (tabi e-skin larọwọto) ti o ni ọpọlọpọ awọn ohun-ini pẹlu ailagbara, iwosan ara-ẹni ati atunlo ni kikun nigba akawe si eniyan ara¹.Awọ ara, ẹya ara wa ti o tobi julọ, jẹ ibora ti ẹran ara nigbati a ba ri lati ita. Awọ wa jẹ ẹya ara ti o wapọ pupọ eyiti o ṣe bi omi ti ko ni aabo, aabo idabobo ati aabo fun ara wa lati ọpọlọpọ awọn ewu ita tabi awọn okunfa fun apẹẹrẹ oorun ti n bajẹ. Diẹ ninu awọn iṣẹ ti awọ ara jẹ ilana ti iwọn otutu ara, aabo ti ara lati gbigbemi awọn nkan majele ati imukuro awọn nkan majele (pẹlu lagun), ẹrọ ati atilẹyin ajẹsara ati iṣelọpọ ti pataki Vitamin D eyi ti o ṣe pataki fun awọn egungun wa. Awọ ara tun jẹ sensọ nla kan pẹlu awọn ara ti o pọ lati ṣe ibasọrọ lẹsẹkẹsẹ pẹlu ọpọlọ.

Awọn oniwadi agbaye ti n ṣiṣẹ lori idagbasoke awọn oriṣi ati awọn iwọn ti 'wearable e-awọ' pẹlu ibi-afẹde ti igbiyanju lati farawe ti ibi awọ ara ati awọn oniwe-orisirisi awọn iṣẹ. Iwulo ti o lagbara wa fun awọn ohun elo ti o rọ ati isanra fun isọpọ ailopin pẹlu asọ ati awọ ara eniyan curvilinear. Nanoscale (10^-9m) awọn ohun elo le pese ẹrọ ti a beere ati iyipada itanna ti o rọpo ohun alumọni ti kosemi eyiti o ti lo nigbagbogbo ṣaaju. Ẹgbẹ ti Dokita Jianliang Xiao ti ṣakoso ni Ile-ẹkọ giga ti Colorado, Boulder, AMẸRIKA ti ṣe aṣeyọri ni idagbasoke awọ-awọ itanna atọwọda kan (e-skin) pẹlu ibi-afẹde ti itumọ ifọwọkan ifarako ti awọ ara eniyan sori awọn roboti ati awọn alamọdaju. Igbiyanju yii wa ni itọsọna ti nini imọ-ẹrọ “awọ” ni ọjọ iwaju eyiti yoo ni agbara nla ati iye ni awọn aaye iṣoogun, imọ-jinlẹ ati imọ-ẹrọ.

E-awọ: ara-iwosan ati atunlo

E-awọ jẹ tinrin, translucent ohun elo nini a aramada Iru ti covalently bonded ìmúdàgba polima nẹtiwọki, ti a npe ni polyimine, eyi ti o ti lesi pẹlu fadaka ẹwẹ titobi ju fun dara darí agbara, kemikali iduroṣinṣin ati itanna elekitiriki. E-awọ-ara yii tun ni awọn sensọ ti a fi sinu rẹ lati wiwọn titẹ, iwọn otutu, ọriniinitutu ati ṣiṣan afẹfẹ. A ṣe akiyesi awọ e-ara yii ni iyalẹnu nitori pe o ti dapọ pẹlu ọpọlọpọ awọn ẹya eyiti o jẹ ki o jẹ alafarawe pupọ julọ ti awọ ara eniyan. O jẹ malleable gaan ati pe o le ni irọrun ṣeto si awọn aaye ti o tẹ (fun apẹẹrẹ awọn apa eniyan ati awọn ẹsẹ, awọn ọwọ roboti) nipa lilo ooru iwọntunwọnsi ati titẹ si laisi ṣafihan awọn aapọn ti o pọ julọ. O ni awọn ohun-ini imularada ti ara ẹni iyalẹnu ninu eyiti gige eyikeyi tabi ibajẹ ti o ṣẹlẹ nipasẹ ipo ita, awọ e-awọ ṣe atunda awọn asopọ kemikali laarin awọn ẹgbẹ meji ti o yapa ti n mu matrix pada fun iṣẹ ṣiṣe to dara ati ipadabọ si ipo isomọ atilẹba rẹ.

Ti awọ e-awọ yii ba di alaiwulo nitori eyikeyi ayidayida, o le ṣe atunlo patapata ki o yipada si awọ-ara e-titun-tuntun nipa gbigbe si inu ojutu atunlo ti “fifun” ohun elo e-awọ ti o wa tẹlẹ ti o si sọ di “ titun” e-skin. Ojutu atunlo yii - idapọ ti awọn agbo ogun kemikali mẹta ti o wa ni iṣowo ni ethanol - awọn polima degrades ati awọn ẹwẹwẹwẹ fadaka rì ni isalẹ ojutu naa. Awọn polima ti o bajẹ wọnyi le ṣee lo ni tuntun lati ṣe awọ e-ara ti iṣẹ-ṣiṣe tuntun. Iwosan-ara-ẹni yii ati atunlo eyiti o ṣee ṣe ni iwọn otutu yara ni a da si isọpọ kemikali ti polima ti a lo. Anfani ti nẹtiwọọki polymeric ti polyimine ni pe iyipada rẹ ati pe o le fọ ati tunlo bii ọpọlọpọ awọn ohun elo thermostat ti aṣa eyiti ko le ṣe atunto tabi tunṣe tabi tunlo nitori awọn iwe ifowopamosi ti ko le yipada laarin awọn nẹtiwọọki polymeric ti o ni asopọ agbelebu. Eyi ni agbara diẹ sii ju awọ ara eniyan lọ ati pe o le ṣee lo bi imudara si kuku ju rirọpo. O tun jẹ igbadun lati fi ọwọ kan ati ki o kan lara bi awọ ara gidi eyiti o le jẹ ki o jẹ aṣoju ibora ni ọjọ iwaju, ti awọn ẹrọ itanna sọ.

Eco-ore ati kekere lori awọn ohun-ini idiyele ti e-skin ti ni iyin ati iru e-skin le dinku egbin itanna pupọ ati ipa ayika ati pe o le jẹ lilo pupọ ati olokiki pẹlu awọn aṣelọpọ kọja awọn aaye oriṣiriṣi. Botilẹjẹpe o le dun ti ko dara ni akoko yii, imọ-ẹrọ atunlo yii tun le lo bakanna si awọn ohun elo itanna atijọ daradara. Ni otitọ, awọn olutọpa amọdaju ti ode oni ati awọn diigi ilera ni kete ti bajẹ ṣafikun si oke ti ndagba ti awọn iṣoro idapọmọra ayika e-egbin. Awọ e-ara naa le wọ si ọrùn wa tabi si awọn ọrun-ọwọ wa ati pe iwọnyi le dabi awọn aṣọ ti o rọ tabi awọn tatuu igba diẹ ati nigbakugba ti wọn ba bajẹ wọn le tunlo ati tun lo. Niwọn igba ti e-skin jẹ rọ, o le tẹ ati yiyi ati pe o le ṣe adani ni ibamu si ẹniti o mu. Imọ-ẹrọ ṣii awọn ọna fun oye robotikisi ninu eyiti iru igbadun lati rilara ati awọ itanna itunu le ti wa ni tii ni ayika ara ti robot tabi ẹsẹ atọwọda. Lati ṣe alaye, apa tabi ẹsẹ ti o ni itọsi ti a we sinu awọ eletiriki yii le gba ẹni ti o ni lati dahun si iwọn otutu ati awọn iyipada titẹ nitori ọpọlọpọ awọn sensọ ti o dapọ ninu rẹ. Awọn apa tabi awọn ẹsẹ roboti ti o ni ibamu pẹlu iru awọ e-awọ le jẹ ki awọn roboti ṣiṣẹ ni elege diẹ sii si eniyan ati jẹ ailewu ati igbẹkẹle diẹ sii. Fun apẹẹrẹ, awọ e-ara le ni ibamu ni pataki si roboti ti o n mu ọmọ tabi awọn agbalagba ẹlẹgẹ ati nitorinaa robot kii yoo lo agbara pupọ. Ohun elo miiran ti e-skin le jẹ agbara ni awọn agbegbe eewu tabi awọn iṣẹ eewu giga. O ṣee ṣe pe imọ-ẹrọ yii le ṣee lo pẹlu awọn bọtini foju, awọn idari tabi awọn ilẹkun ti yoo jẹki iṣẹ eyikeyi laisi ibaraenisepo ti ara eniyan, fun apẹẹrẹ ni ile-iṣẹ ibẹjadi tabi awọn laini iṣẹ ti o lewu miiran, ati nitorinaa awọ-ara yii le dinku awọn aye. ti eyikeyi eniyan ipalara.

Fifi ifihan to e-skin

Ẹgbẹ kan ti awọn oniwadi ni University of Tokyo ti ṣafikun ifihan kan laipẹ²(Mikro-LED) si ultrathin, awọn abulẹ e-awọ ara iranlọwọ band lati jẹ ki ifihan awọn ami oriṣiriṣi ti ibojuwo ilera ni akoko gidi (fun apẹẹrẹ wiwọn awọn ipele glukosi ninu awọn eniyan ti o ni àtọgbẹ tabi ọna igbi gbigbe ti electrocardiogram ti ọkan alaisan). Awọn abulẹ wọnyi ni wiwi ti o le na ati nitorinaa o le tẹ tabi na si iwọn 45 ti o da lori iṣipopada ti ẹniti o ni. Iwọnyi ni a gba bi nini irọrun julọ ati apẹrẹ ti o tọ ni awọn akoko aipẹ. Titajade lemọlemọ ti awọn sẹẹli awọ ara eniyan le tumọ si pe alemo le ṣubu lẹhin awọn ọjọ diẹ ṣugbọn eyi le ṣiṣẹ ni ayika.

Iwadi yii, ti Ọjọgbọn Takao Someya ṣe itọsọna sọ pe iru ifihan le ṣee lo nikẹhin lati jẹ ki kika ati sisọ alaye iṣoogun ṣiṣẹ ni ọna ti o rọrun ati irọrun kii ṣe fun awọn alaisan nikan ṣugbọn fun awọn ọmọ ẹgbẹ ẹbi, awọn olufunni abojuto ati awọn alamọdaju ilera boya ni eniyan tabi paapaa latọna jijin. O yoo gba awọn ifiranṣẹ bi daradara. Awọn oniwadi ṣe ifọkansi lati mu ilọsiwaju igbẹkẹle ti alemo naa pọ si, jẹ ki o munadoko diẹ sii ati tun mu iṣelọpọ rẹ pọ si fun arọwọto jakejado agbaye. Ibi-afẹde wọn ni lati ṣe ifilọlẹ ẹrọ yii ni ọja ni ipari 2020.

Awọn italaya niwaju

Idagbasoke e-skin jẹ iwadii aramada ti o ni itara pupọ, sibẹsibẹ, ọkan ninu awọn ohun-ini ipilẹ ti wa - irọrun ati agbara isan - ko sibẹsibẹ ni aṣeyọri nipasẹ e-skin. E-awọ jẹ rirọ ṣugbọn kii ṣe isan bi awọ ara eniyan. Ni ibamu si awọn onkọwe, bi o ti duro awọn ohun elo jẹ tun ko gan ni rọọrun reproducible. Idinku diẹ ninu iṣẹ oye gbogbogbo ni ohun elo e-skin ti a tunṣe / atunlo ni a rii ni akawe si module tuntun, eyi nilo lati koju ni kikun pẹlu iwadii siwaju. Awọn aaye oofa ti awọn awọ e-skins lo tun ga pupọ ati pe o nilo lati ni iwọn si isalẹ. Lọwọlọwọ ẹrọ naa ni agbara lati orisun ita ti o jẹ aiṣedeede pupọ, ṣugbọn o yẹ ki o ṣee ṣe lati ni gbigba agbara, awọn batiri kekere lati fi agbara ẹrọ dipo. Dr.Xiao ati ẹgbẹ rẹ fẹ lati ṣe atunṣe ọja yii ki o si mu ojutu iwọntunwọnsi jẹ ki o kere ju awọn idiwọ eto-aje le kọja ati pe awọ e-awọ yii yẹ ki o rọrun lati ṣe iṣelọpọ ati gbe sori awọn roboti tabi awọn alamọdaju tabi awọn ẹrọ iṣoogun tabi ohunkohun miiran.

***

Orisun (s)

1. Zou Z et al. 2018. Rehealable, ni kikun recyclable, ati malleable itanna ara ṣiṣẹ nipa ìmúdàgba covalent thermoset nanocomposite. Imọ Imọ. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Itẹsiwaju Ilera-Abojuto Pẹlu Ultraflexible On-Skin Sensors. Apejọ Apejọ Ọdọọdun AAAS, Austin, Texas, Oṣu Kẹta Ọjọ 17, Ọdun 2018. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Ultraflexible Organic photonic ara. Ilọsiwaju Imọ. 15 Kẹrin 2016. Vol 2, Issue 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***