Elektronische huid aangedreven door zweet dient als mens-machine-interface

Onderzoekers hebben een elektronische huid (e-skin) ontwikkeld die direct op de echte huid wordt aangebracht. Het is gemaakt van zacht, flexibel rubber en kan worden ingebed met sensoren die informatie zoals hartslag, lichaamstemperatuur, bloedsuikerspiegel en metabole bijproducten die indicatoren zijn voor de gezondheid en zenuwsignalen die de spieren aansturen, controleren. Het doet dit zonder dat een batterij nodig is, omdat het uitsluitend werkt op biobrandstofcellen die worden aangedreven door een van de lichaamseigen afvalproducten.

Menselijk zweet bevat zeer hoge niveaus van het chemische lactaat, een verbinding die wordt gegenereerd als een bijproduct van normale metabolische processen, vooral door spieren tijdens inspanning. De brandstofcellen die in de e-skin zijn ingebouwd, absorberen dat lactaat en combineren het met zuurstof uit de atmosfeer, waardoor water en pyruvaat worden gegenereerd, een ander bijproduct van het metabolisme. Terwijl ze werken, wekken de biobrandstofcellen genoeg elektriciteit op om sensoren en een Bluetooth-apparaat van stroom te voorzien, vergelijkbaar met het apparaat dat een telefoon verbindt met een autoradio, waardoor de e-skin de metingen van zijn sensoren draadloos kan verzenden.

Hoewel near-field-communicatie een gebruikelijke benadering is voor veel batterijloze e-skin-systemen, kan het alleen worden gebruikt voor stroomoverdracht en gegevensuitlezing over een zeer korte afstand. Bluetooth-communicatie verbruikt meer stroom, maar is een aantrekkelijkere benadering met uitgebreide connectiviteit voor praktische medische en robottoepassingen.

Het bedenken van een krachtbron die op zweet kan draaien was niet de enige uitdaging bij het creëren van de e-skin. Het moest ook lang meegaan met een hoge vermogensintensiteit met minimale degradatie. De biobrandstofcellen zijn gemaakt van koolstofnanobuisjes geïmpregneerd met een platina/kobaltkatalysator en composietgaas dat een enzym bevat dat lactaat afbreekt. Ze kunnen een continu, stabiel vermogen genereren (tot enkele milliwatts per vierkante centimeter) gedurende meerdere dagen in menselijk zweet.

De volgende stappen zijn het ontwikkelen van een verscheidenheid aan sensoren die kunnen worden ingebed in de e-skin, zodat deze voor meerdere doeleinden kan worden gebruikt. Dit kan niet alleen een draagbare biosensor zijn, maar ook een mens-machine-interface - de vitale functies en moleculaire informatie die met dit platform worden verzameld, kunnen worden gebruikt om protheses van de volgende generatie te ontwerpen en te optimaliseren.