Исследователи из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech) разработали электронную кожу, следящую за здоровьем с помощью пота и работающую как человеко-машинный интерфейс (Human-machine interface, HMI), сообщает zen.yandex.ru.
Вей Гао, доцент кафедры медицинской инженерии Эндрю и Пегги Чернг (Andrew and Peggy Cherng department of Medical Engineering) в Caltech , решил узнать о коже человека всё и для этого он разработал электронную оболочку (e-skin), которая приклеивается непосредственно к коже человека. Электронная кожа, изготовленная из мягкой гибкой резины, оснащена датчиками, которые контролируют такую информацию, как частота сердечных сокращений, температура тела, уровень сахара в крови и побочные результаты метаболического процесса (обмен веществ), которые являются показателями здоровья, и даже нервные сигналы, которые контролируют наши мышцы. Электронная кожа работает исключительно на биотопливных элементах, то есть благодаря выделению пота организмом.
«Одна из главных проблем с такими носимыми устройствами – это энергопотребление», – говорит Гао. «Многие люди используют аккумуляторы, но это не очень устойчиво. Некоторые люди пытались использовать солнечные элементы или собирать энергию человеческого движения, но мы хотели понять, можем ли мы получить достаточное количество энергии от пота для питания носимых устройств и полчили ответ «да»».
В. Гао объясняет, что человеческий пот содержит очень высокий уровень химического лактата, соединения, которое вырабатывается как побочный продукт нормальных метаболических процессов, особенно в мышцах во время тренировок. Топливные элементы, встроенные в электронную кожу, поглощают этот лактат и объединяют его с кислородом из атмосферы, генерируя воду и пируват, еще один побочный продукт метаболизма. Во время работы биотопливные элементы вырабатывают достаточное количество электроэнергии для датчиков питания и устройства Bluetooth, аналогичного тому, которое подключает ваш телефон к автомобильной стереосистеме, позволяя электронной оболочке передавать показания от своих датчиков по беспроводной связи.
«Хотя связь ближнего радиуса действия является обычным подходом для многих систем электронной оболочки без батареи, она может использоваться только для передачи энергии и считывания данных на очень коротком расстоянии», – говорит Гао. «Связь по Bluetooth потребляет большую мощность, но является более привлекательным подходом с расширенными возможностями подключения для практических медицинских и роботизированных приложений».
По словам Гао, разработка источника питания, способного работать от пота, была не единственной задачей при создании электронной оболочки, это также должно было продлиться долгое время с высокой энергоемкостью с минимальной деградацией. Биотопливные элементы изготовлены из углеродных нанотрубок, пропитанных платиново-кобальтовым катализатором и композитной сеткой, содержащей фермент, расщепляющий лактат. Они могут генерировать непрерывную, стабильную выходную мощность (до нескольких милливатт на квадратный сантиметр) в течение нескольких дней в поту человека.
По словам Гао, планируется разработать различные датчики, которые можно встроить в электронную оболочку, чтобы их можно было использовать для различных целей.
«Мы хотим, чтобы эта система была платформой», – говорит он. «В дополнение к тому, что она является носимым биосенсором, это может быть «интерфейсом человек-машина». Жизненно важные признаки и молекулярная информация, собираемая с помощью этой платформы, могут быть использованы для проектирования и оптимизации протезов следующего поколения».
Статья об исследовании опубликована в Science Robotics.
