High-Tech Biosensors Transformeren Brein-gestuurde Robotica

Ontwikkeld door Professor Francesca Iacopi en haar team in de UTS Faculty of Engineering and IT, hecht de biosensor aan de huid van het gezicht en het hoofd om elektrische signalen die door de hersenen worden verzonden te detecteren. Deze signalen kunnen vervolgens vertaald worden in commando's om autonome robotische systemen te controleren.

Een studie van de biosensor is gepubliceerd in het Journal of Neural Engineering.

De sensor is gemaakt van epitaxiale grafene — essentieel meerdere lagen van heel dunne, heel sterke koolstof — direct uitgegroeid op een silicon-carbide-on-silicon substraat. Het resultaat is een hoog schaalbare nieuwe sensotechnologie die drie grote uitdagingen van grafene-gebaseerde biosensing overkomt: corrosie, duurzaamheid, en huidcontactweerstand.

'We zijn in staat geweest het beste van grafene te combineren, wat heel biocompatibel en heel geleidend is, met het beste van siliciumtechnologie, wat onze biosensor heel veerkrachtig en robuust in gebruik maakt,' zei Professor Iacopi.

Grafene is een nanomateriaal dat vaak gebruikt wordt in de ontwikkeling van biosensoren. Echter, tot nu toe zijn veel van deze producten ontwikkeld als single-use toepassingen en zijn vatbaar voor delaminatie als gevolg van contact met zweet en andere vormen van vocht op de huid.

In tegenstelling, kan de UTS biosensor voor langere periodes gebruikt worden en meerdere keren hergebruikt, zelfs in hoog zoute omgevingen — een ongekend resultaat.

Verder is de sensor aangetoond om wat bekend staat als huidcontactweerstand dramatisch te reduceren, waar suboptimale contact tussen de sensor en de huid de detectie van elektrische signalen uit de hersenen belemmert.

'Met onze sensor verbetert de contactweerstand wanneer de sensor op de huid zit,' zei Professor Iacopi. 'Over tijd zijn we in staat geweest een reductie van meer dan 75 procent van de initiële contactweerstand te bereiken.'

'Dit betekent dat de elektrische signalen die door de hersenen worden verstuurd betrouwbaar verzameld en vervolgens significant geamplificeerd kunnen worden, en dat de sensoren ook betrouwbaar in harde condities gebruikt kunnen worden, wat hun potentieel voor gebruik in brein-machine interfaces versterkt.'

Het onderzoek maakt deel uit van een grotere samenwerking om te onderzoeken hoe hersengolven gebruikt kunnen worden om autonome voertuigen te bevelen en te controleren. Het werk is een partnerschap tussen Professor Iacopi, die internationaal erkend is voor haar werk in nanotechnologie en elektronische materialen, en UTS Distinguished Professor Chin-Teng Lin, een toonaangevend onderzoeker in brein-computer interfaces. Het wordt gefinancierd door $1,2 miljoen van de Defence Innovation Hub.