Penemuan jenis baharu "kulit elektronik" yang boleh ditempa, sembuh sendiri dan boleh dikitar semula sepenuhnya mempunyai aplikasi yang meluas dalam pemantauan kesihatan, robotik, prostetik dan peranti bioperubatan yang dipertingkatkan.
Satu kajian yang diterbitkan dalam Bahasa Malaysia Kemajuan sains mempamerkan kulit elektronik baharu (atau ringkasnya e-kulit) yang mempunyai pelbagai sifat termasuk kebolehtempaan, penyembuhan diri dan kebolehkitar semula penuh jika dibandingkan dengan manusia. kulit1.Kulit, organ terbesar kita, adalah penutup berisi apabila dilihat dari luar. Kulit kita adalah organ yang sangat serba boleh yang bertindak sebagai perisai kalis air, penebat dan melindungi tubuh kita daripada pelbagai bahaya atau faktor luaran contohnya matahari yang merosakkan. Beberapa fungsi kulit ialah pengawalan suhu badan, perlindungan badan daripada pengambilan bahan toksik dan juga perkumuhan bahan toksik (bersama dengan peluh), sokongan mekanikal dan imunologi dan pengeluaran bahan penting. vitamin D yang sangat penting untuk tulang kita. Kulit juga merupakan penderia yang besar dengan saraf yang mencukupi untuk berkomunikasi serta-merta dengan otak.
Penyelidik di seluruh dunia telah berusaha membangunkan pelbagai jenis dan saiz 'boleh pakai e-kulit' dengan matlamat untuk cuba meniru biologi skin and its various functions. There is a strong need for flexible and stretchable devices for seamless integration with soft and curvilinear human skin. Nanoscale (10-9m) bahan boleh menyediakan serba boleh mekanikal dan elektrik yang diperlukan menggantikan silikon tegar yang biasanya digunakan sebelum ini. Pasukan yang diketuai oleh Dr. Jianliang Xiao di Universiti Colorado, Boulder, Amerika Syarikat telah berjaya membangunkan kulit elektronik buatan (e-skin) dengan matlamat untuk menterjemahkan sentuhan deria kulit manusia kepada robot dan prostetik. Percubaan ini adalah ke arah untuk mempunyai teknologi "boleh pakai" pada masa hadapan yang akan mempunyai potensi dan nilai yang besar dalam bidang perubatan, saintifik dan kejuruteraan.
E-kulit: penyembuhan diri dan boleh dikitar semula
E-skin is a thin, translucent material having a novel type of covalently bonded dynamic polymer network, called polyimine, which is laced with silver nanoparticles for improved mechanical strength, chemical stability and electrical conductivity. This e-skin also has sensors embedded in it to measure pressure, temperature, humidity and air flow. This e-skin is being considered remarkable because it has been incorporated with many features which make it an extremely closer mimic of the human skin. It is highly malleable and can be easily set onto curved surfaces (e.g. human arms and legs, robotic hands) by applying moderate heat and pressure to it without introducing excessive stresses. It has amazing self-healing properties wherein upon any cut or damage caused by an external circumstance, the e-skin recreates the chemical bonds between the two separated sides restoring the matrix for its proper functionality and returning to its original bonded state.
Jika e-skin ini menjadi tidak boleh digunakan kerana sebarang keadaan, ia boleh dikitar semula sepenuhnya dan bertukar menjadi e-skin yang serba baharu dengan meletakkannya dalam penyelesaian kitar semula yang "mencairkan" bahan e-skin sedia ada dan mengubahnya menjadi " baru” e-kulit. Penyelesaian kitar semula ini - campuran tiga sebatian kimia yang tersedia secara komersial dalam etanol - merendahkan polimer dan zarah nano perak tenggelam di bahagian bawah larutan. Polimer terdegradasi ini boleh digunakan semula untuk membuat e-kulit berfungsi baharu. Penyembuhan sendiri dan kebolehkitar semula yang boleh dicapai pada suhu bilik adalah disebabkan oleh ikatan kimia polimer yang digunakan. Kelebihan rangkaian polimer poliimina ialah ia boleh diterbalikkan dan boleh dipecahkan serta dikitar semula tidak seperti kebanyakan bahan termostat konvensional yang tidak boleh dibentuk semula atau diproses semula atau dikitar semula kerana ikatan tak boleh balik dalam rangkaian polimer berpaut silangnya. Ini lebih teguh daripada kulit manusia itu sendiri dan ia boleh digunakan sebagai penambahbaikan daripada penggantian. Ia juga menyenangkan untuk disentuh dan terasa hampir seperti kulit sebenar yang mungkin boleh menjadikannya sebagai ejen penutup pada masa hadapan, contohnya peranti elektronik.
Eco-friendly and low on cost properties of e-skin have been hailed and such e-skin could greatly reduce electronic waste and environmental impact and could be highly usable and popular with manufacturers across different fields. Though it may sound farfetched at the moment, this reuse technology could also be similarly applied to old electronics items as well. In fact, modern day fitness trackers and health monitors once damaged add to the growing mountain of e-waste compounding environment related problems. The e-skin could be worn around our necks or on our wrists and these could be like flexible wearables or temporary tattoos and whenever they get damaged they can be recycled and reused. Since e-skin is flexible, it can be bent and twisted and can be made customized according to the wearer. The technology opens up avenues for intelligent robotik in which such a pleasant to feel and confortable electronic skin can be wrapped around the body of a robot or an artificial limb. To elaborate, a prosthetic arm or leg which is wrapped in this electronic skin can allow the wearer to respond to temperature and pressure changes because of the multiple sensors incorporated in it. The robotics arms or legs fitted with such an e-skin can make the robots act more delicately towards humans and be more safe and reliable. For example, e-skin could be specifically fitted to a robot handling a baby or a fragile elderly and thus robot will not be applying too much force. Another application of e-skin can be potentially in hazardous environments or high-risk jobs. It is plausible that this technology could be used with virtual buttons, controls or doors that would enable any operation without human physical interaction, for example in explosives industry or other dangerous lines of work, and thus this e-skin maybe able to decrease the chances of any human injury.
Menambah paparan pada e-skin
Satu pasukan penyelidik di Universiti Tokyo baru-baru ini telah menambah paparan2(micro-LED) to ultrathin, band aid-style e-skin patches to enable display of different signs of health monitoring in real time (e.g. measuring glucose levels in people with diabetes or the moving waveform of an electrocardiogram of a heart pesakit). These patches have a stretchable wiring and thus can bend or stretch to up to 45 precent based upon the movement of the wearer. These are considered as having the most flexible and durable design in recent times. The continuous shedding of human skin cells could mean that the patch might fall off after a few days but this can be worked around.
Kajian yang diketuai oleh Profesor Takao Someya ini menyatakan bahawa paparan sedemikian akhirnya boleh digunakan untuk membolehkan membaca dan menyampaikan maklumat perubatan dengan lancar dan mudah bukan sahaja untuk pesakit tetapi juga untuk ahli keluarga, penjaga dan profesional kesihatan sama ada secara bersemuka atau pun. dari jauh. Ia akan menerima mesej juga. Para penyelidik menyasarkan untuk meningkatkan lagi kebolehpercayaan tampung, menjadikannya lebih kos efektif dan juga meningkatkan pengeluarannya untuk jangkauan yang lebih luas di seluruh dunia. Matlamat mereka adalah untuk melancarkan peranti ini di pasaran menjelang akhir tahun 2020.
Cabaran masa depan
Pembangunan e-skin adalah penyelidikan novel yang sangat menarik, namun, salah satu sifat asas kami – kebolehan fleksibiliti dan regangan – masih belum berjaya dicapai oleh e-skin. E-skin lembut tetapi tidak sehalus kulit manusia. Menurut pengarang, seperti yang dinyatakan, bahan itu juga tidak mudah dihasilkan semula. Pengurangan sedikit dalam prestasi penderiaan keseluruhan dalam peranti e-kulit yang dipulihkan/kitar semula dilihat berbanding modul baharu, ini perlu ditangani sepenuhnya dengan penyelidikan lanjut. Medan magnet yang digunakan oleh e-skins juga agak tinggi dan perlu dikecilkan. Pada masa ini peranti dikuasakan daripada sumber luaran yang sangat tidak praktikal, tetapi mungkin untuk mempunyai bateri kecil yang boleh dicas semula untuk menghidupkan peranti itu. Dr.Xiao dan pasukannya ingin memperhalusi produk ini dan menambah baik penyelesaian penskalaan supaya sekurang-kurangnya halangan ekonomi dapat diatasi dan e-kulit ini seharusnya lebih mudah untuk dihasilkan dan diletakkan pada robot atau prostetik atau peranti perubatan atau apa-apa sahaja.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
1. Zou Z et al. 2018. Kulit elektronik boleh dipulihkan, dikitar semula sepenuhnya dan mudah ditempa didayakan oleh nanokomposit termoset kovalen dinamik. Kemajuan sains. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Pemantauan Kesihatan Berterusan Dengan Penderia Pada Kulit Ultrafleksibel. Simposium Mesyuarat Tahunan AAAS, Austin, Texas, 17 Februari 2018.
