Elektronska koža je nosljiva naprava prihodnosti

Koža je največji in tudi najbolj kompleksen organ našega telesa. Pod mikroskopom boste videli na tisoče živčnih končičev, ki povezujejo možgane z zunanjim svetom in nam omogočajo, da čutimo dotik, pritisk in bolečino. Ko pa to pogleda Zhenan Bao, vidi nekaj povsem drugega.

Baova, kemijska inženirka, ki se osredotoča na izdelavo polimerov, je mnenja, da koža ni samo čutni organ, ampak tudi surovina. Takšna, ki je po njenem mnenju prožna, a tudi raztegljiva, samozdravljiva in biorazgradljiva. Baova raziskuje na novo nastajajočem področju elektronske kože in si je zadala poustvariti številne funkcije človeške kože za uporabo v protetiki in robotiki. Za ljudi z umetnimi udi bi občutek za dotik neizmerno izboljšal njihovo kakovost življenja. Omogočil bi jim razlikovati mehko od trdega in čutiti, kaj je ostro ali vroče.

Ko se je Zhenan Bao leta 2004 pridružila univerzi Stanford, je nekaj raziskovalcev že raziskovalo prilagodljive senzorje, ki bi jih lahko ovili okoli umetne roke, da bi posnemali občutek dotika, in Baoine pretekle izkušnje s prilagodljivimi zasloni so se izkazale za koristne. Do leta 2010 so Baova in njeni sodelavci razvili prilagodljiv senzor – tako natančen, da je lahko zaznal nežen dotik metulja.

»Naša trenutna elektronika je zelo toga, krhka in nerodna,« pravi Zhenan Bao. »Če pa jo lahko naredimo kot kožo, potem lahko to potencialno popolnoma spremeni način interakcije med ljudmi in elektroniko.« Naša koža, ki tvori naravno zaščitno pregrado pred okoljem, bi lahko služila tudi kot vmesnik med ljudmi in napravami.

Poleg robotike in protetike vidi Baova potencialne aplikacije za elektronsko kožo ali e-kožo na področju nosljivih naprav. Predstavljajte si napravo, ki jo nosite na telesu kot drugo kožo in uporablja senzorje za natančno merjenje krvnega pritiska, temperature ali ravni glukoze in kisika v realnem času. »Veliko je zanimanja za nosljive naprave, ki presegajo zgolj merjenje števila korakov, ki jih vsak dan prehodimo, ali srčnega utripa,« je še dejala.

Vsaj en izum, ki prihaja iz raziskovalnega laboratorija Baove na Stanfordu, bi lahko proizvedli in klinično testirali v naslednjih nekaj letih. Zagonsko podjetje PyrAmes iz Silicijeve doline, čigar soustanoviteljica je, razvija mehak trak, ki se ovije okoli zapestja ali stopala in bi se lahko uporabljal za spremljanje krvnega tlaka nedonošenčkov na oddelkih za intenzivno nego. Zasnovan je tako, da neprekinjeno beleži krvni pretok, kot običajno to dela arterijska linija, brez potrebe po iglah, ki predstavljajo tveganje za okužbo, poškodbo tkiva in živcev. Pas je lahko brezžično povezan s tablico za spremljanje sprememb krvnega tlaka v realnem času.

Za takšno uporabo mora biti elektronika že od samega začetka raztegljiva in prožna. Baoina skupina raziskovalcev je zaradi tega sprejela molekularni pristop k oblikovanju organskih polimerov. Polimer je velika molekula, sestavljena iz številnih ponavljajočih se monomerov, povezanih kot dolga veriga sponk za papir. S spreminjanjem strukture teh monomerov lahko raziskovalci naredijo material raztegljiv in ga oblikujejo tako, da se prilega človeškemu telesu.

Zhenan Bao in njeni sodelavci na Stanfordu delajo tudi na polimernih materialih za zaslone, ki se lahko raztegnejo, zložijo in celo drobijo. Marca 2022 so po več kot treh letih dela v reviji Nature objavili dokaz principa za polimer, ki oddaja svetlobo in sveti kot žarilna nitka v žarnici. Raziskovalci so dokazali, da lahko njihovo napravo nosite na členku prsta in jo raztegnete na dvakratno dolžino, ne da bi se strgala. »To je raztegljiva različica, ki se lahko deformira in spremeni obliko,« pravi Baova. Prototip lahko prikazuje samo statično sliko z nizko ločljivostjo, vendar bi lahko postavil temelje za prihodnjo elektroniko, ki jo nosimo na telesu ter meri in prikazuje vitalne znake.

Obstaja veliko potencialnih scenarijev uporabe za elektronsko kožo, pravi Baova. Toda pot do komercializacije je dolga.