Biobrandstof-aangedreven E-Skin: Zweet-gedreven Mens-Machine Interface

Onderzoekers hebben elektronische huid (e-skin) ontwikkeld die direct op echte huid wordt aangebracht. Gemaakt van zacht, flexibel rubber, kan het ingesloten worden met sensoren die informatie monitoren zoals hartslag, lichaamstemperatuur, bloedsuikerniveaus, metabole bijproducten die indicatoren zijn van gezondheid alsook zenuwsignalen die spieren controleren. Het doet dit zonder de noodzaak voor een batterij, aangezien het louter draait op biobrandstofcellen aangedreven door een van de eigen afvalproducten van het lichaam.

Menselijk zweet bevat zeer hoge niveaus van het chemische lactaat, een verbinding gegenereerd als bijproduct van normale metabolische processen, met name door spieren tijdens oefening. De brandstofcellen ingebouwd in de e-skin absorberen dat lactaat en combineren het met zuurstof uit de atmosfeer, genererend water en pyruvaat, een ander bijproduct van metabolisme. Terwijl ze opereren, genereren de biobrandstofcellen voldoende elektriciteit om sensoren en een Bluetooth-apparaat aan te sturen, vergelijkbaar met degene die een telefoon met een car stereo verbindt, zodat de e-skin waarnemingen van zijn sensoren draadloos kan doorsturen.

Terwijl near-field communicatie een gangbare aanpak is voor veel batterij-vrije e-skin systemen, kan het alleen gebruikt worden voor stroomoverdracht en data-uitlees over een zeer korte afstand. Bluetooth-communicatie verbruikt meer stroom maar is een meer aantrekkelijke benadering met uitgebreide connectiviteit voor praktische medische en robotische toepassingen.

Het bedenken van een energiebron die op zweet kon draaien was niet de enigste uitdaging bij het creëren van de e-skin. Het moest ook lang duren met hoge stroomintensiteit met minimale degradatie. De biobrandstofcellen zijn gemaakt van koolstofnanobuizen geïmpregneerd met een platina/kobalt katalysator en composiet mesh dat een enzym vasthoudt dat lactaat afbreekt. Ze kunnen continue, stabiele stroomopbrengst genereren (zo hoog als verschillende milliwatts per vierkante centimeter) over meerdere dagen in menselijk zweet.

Volgende stappen zijn het ontwikkelen van een verscheidenheid aan sensoren die in de e-skin ingebed kunnen worden zodat het voor meerdere doeleinden gebruikt kan worden. Naast een draagbare biosensor, kan dit een mens-machine interface zijn — de vitale tekenen en moleculaire informatie verzameld met dit platform kunnen gebruikt worden om next-generation prothesen te ontwerpen en te optimaliseren.