Οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ (University of Colorado Boulder) ανέπτυξαν μια φορητή ηλεκτρονική συσκευή που είναι «πραγματικά φορετή», μια ελαστική και πλήρως ανακυκλώσιμη πλακέτα με μικρά κυκλώματα που είναι εμπνευσμένη από το ανθρώπινο δέρμα, δηλαδή ένα έξυπνο ηλεκτρονικό δέρμα, ενώ κάλλιστα θα μπορούσαμε να το ονομάσουμε και ως τεχνητή επιδερμίδα.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον Jianliang Xiao και τον Wei Zhang, περιγράφει το νέο «ηλεκτρονικό δέρμα» σε μια έκθεση που δημοσιεύθηκε σήμερα στο περιοδικό Science Advances. Η συσκευή μπορεί να θεραπευτεί, όπως το πραγματικό δέρμα. Εκτελεί επίσης αξιόπιστα μια σειρά σημαντικών εργασιών, από τη μέτρηση της θερμοκρασίας του σώματος των χρηστών έως την παρακολούθηση των ημερήσιων μετρήσεων βημάτων τους.
Ενώ το κυριότερο από όλα, είναι αναδιαμορφώσιμο, που σημαίνει ότι η συσκευή μπορεί να διαμορφωθεί ώστε να ταιριάζει οπουδήποτε στο σώμα σας, και όχι απλά μόνο στο χέρι, κάτι που το καθιστά ακόμη πιο ελκυστικό στο μέσο άνθρωπο.
«Αν θέλετε να το φοράτε σαν ρολόι, μπορείτε να το τοποθετήσετε στον καρπό σας», δήλωσε ο Xiao, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο Κολοράντο Μπόλντερ Paul M. Rady. «Αν θέλετε να το φοράτε σαν κολιέ, μπορείτε απλά να το βάλετε στο λαιμό σας».
Αυτός και οι συνάδελφοί του ελπίζουν ότι η δημιουργία τους θα βοηθήσει στην εκ νέου δημιουργία νέων δυνατοτήτων δυνατότητες που σχετίζονται με τις φορητές συσκευές τύπου «wearables». Η επιστημονική ομάδα τονίζει, ότι, μια μέρα, ένα τέτοιο δέρμα υψηλής τεχνολογίας θα μπορούσε να επιτρέψει στους ανθρώπους να συλλέγουν ακριβή δεδομένα για το σώμα τους, μειώνοντας παράλληλα τις αυξανόμενες ποσότητες ηλεκτρονικών αποβλήτων σε όλο τον πλανήτη.
«Τα έξυπνα ρολόγια είναι λειτουργικά και πανέμορφα, αλλά αποτελούνται από μέταλλο και πλαστικό», δήλωσε ο Wei Zhang, καθηγητής στο Τμήμα Χημείας. «Αν θέλουμε μια πραγματικά φορετή συσκευή, τότε το δημιούργημα μας είναι η ιδανική λύση, αφού επί της ουσίας είναι μια λεπτή μεμβράνη που μπορεί να χωρέσει άνετα στο σώμα σας».
Το ηλεκτρονικό δέρμα έχει εξαιρετική ελαστικότητα
Αυτές οι λεπτές, άνετες ταινίες υπήρχαν από καιρό, αλλά ήταν βασικό στοιχείο της επιστημονικής φαντασίας. Όπως το δέρμα που ξεφλουδίζετε από το πρόσωπο του Άρνολντ Σβαρτζενέγκερ στην επιτυχημένη σειρά ταινιών Terminator. «Η έρευνα μας κινείται προς αυτή την κατεύθυνση, αλλά έχουμε ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουμε έως ότου τελειοποιήσουμε τη συσκευή μας», είπε ο Zhang.
Οι στόχοι της επιστημονικής ομάδας, είναι τόσο ρομπότ, όσο και ανθρώπινος. Οι ερευνητές περιέγραψαν προηγουμένως ένα άλλο αρχικό σχέδιο για ηλεκτρονικό δέρμα το 2018. Αλλά η τελευταία τους έκδοση περιέχει πολλές τεχνολογικές βελτιώσεις πάνω σε τούτη την ιδέα, δηλαδή είναι πολύ πιο ελαστικό, και σαφώς πιο λειτουργικό από άποψη ικανοτήτων.
Για να κατασκευάσουν το προϊόν τους, ο Xiao και οι συνάδελφοί του χρησιμοποιούν screen printing για να δημιουργήσουν ένα δίκτυο υγρών μεταλλικών καλωδίων. Στη συνέχεια μετατρέπουν σε σάντουιτς αυτά τα κυκλώματα ανάμεσα σε δύο λεπτές μεμβράνες κατασκευασμένες από ένα εξαιρετικά ευέλικτο υλικό που ονομάζεται πολυϊμίνη.
Η προκύπτουσα συσκευή είναι λίγο παχύτερη από την αρχική έκδοση που φέρει ονομασία Band-Aid και μπορεί να εφαρμοστεί πάνω στο δέρμα με θερμότητα. Μπορεί επίσης να τεντωθεί κατά 60% σε οποιαδήποτε κατεύθυνση χωρίς να διαταράξει τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, αναφέρει η ομάδα.
«Είναι πραγματικά ελαστικό, το οποίο επιτρέπει πολλές δυνατότητες που δεν ήταν εφικτές στην αρχική έκδοση αυτής της συσκευής», δήλωσε ο Xiao.
Το ηλεκτρονικό δέρμα της ομάδας μπορεί να κάνει πολλά από τα ίδια πράγματα που κάνουν οι δημοφιλείς φορητές συσκευές γυμναστικής όπως το Fitbits, όπως αξιόπιστη μέτρηση του σώματος, μέτρηση καρδιακού παλμού, και πολλά άλλα.
Λιγότερα απόβλητα
Επιπλέον, η τεχνητή επιδερμίδα είναι επίσης εξαιρετικά ανθεκτική, πράγμα που σημαίνει πως δεν είναι εύκολο να φθαρεί, και ταυτόχρονα παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή σε εξωτερικές φυσικές φθορές.
Ο Wei Zhang είπε: «Εάν κόψετε ένα κομμάτι αυτού του ηλεκτρονικού δέρματος, και θελήσετε να το ξανά ενώσετε, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να φέρετε σε επαφή τις κομμένες άκρες και να τις σφίξετε. Μέσα σε λίγα λεπτά, οι δεσμοί που συγκρατούν το υλικό πολυϊμίνης θα αρχίσουν να αναμορφώνονται. Μέσα σε 13 λεπτά, η ζημιά θα είναι σχεδόν εντελώς αδύνατο να ανιχνευτεί. Έπειτα αυτά τα διαιρεμένα κομμάτια που ενώθηκαν στη συνέχεια αρχίζουν να αναπτύσσονται μαζί. Είναι παρόμοιο με την επούλωση του φυσικού ανθρώπινου δέρματος, αλλά μιλάμε για χημικούς δεσμούς εδώ».
Ο Xiao πρόσθεσε ότι το έργο αντιπροσωπεύει επίσης μια νέα προσέγγιση στην κατασκευή ηλεκτρονικών προϊόντων, που θα μπορούσε να καταστεί χρήσιμο για εφαρμογές σε πολλούς τομείς διάφορων βιομηχανιών. Μέχρι το 2021, οι εκτιμήσεις των αναλυτών υποδηλώνουν ότι οι άνθρωποι θα έχουν παραγάγει πάνω από 55 εκατομμύρια τόνους απορριμμένων έξυπνων τηλεφώνων, φορητών υπολογιστών και άλλων ηλεκτρονικών ειδών.
Οι ελαστικές συσκευές που έφτιαξε η συγκεκριμένη επιστημονική ομάδα, ωστόσο, έχουν σχεδιαστεί για να παρακάμπτουν τους χώρους υγειονομικής ταφής. Εάν βυθίσετε ένα από αυτά τα επιθέματα σε ένα διάλυμα ανακύκλωσης, η πολυϊμίνη θα αποπολυμεριστεί ή θα διαχωριστεί σε πολύ μικρά μόρια, ενώ τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα θα βυθιστούν στο κάτω μέρος του διαλύματος. Τόσο τα ηλεκτρονικά μέρη, όσο και το ελαστικό υλικό μπορούν στη συνέχεια να επαναχρησιμοποιηθούν.
«Η λύση μας στα ηλεκτρονικά απόβλητα είναι να ξεκινήσουμε με τον τρόπο με τον οποίο φτιάχνουμε τη συσκευή», δήλωσε ο Xiao. «Θέλουμε μια συσκευή που να είναι εύκολο να ανακυκλωθεί με το χαμηλότερο δυνατό κόστος».
Το ηλεκτρονικό δέρμα απέχει πολύ από το να είναι σε θέση να ανταγωνιστεί το πραγματικό δέρμα. Προς το παρόν, αυτές οι συσκευές πρέπει να συνδέονται με μια εξωτερική πηγή ενέργειας για να λειτουργούν. Ωστόσο, ο Xiao είπε, η έρευνα της ομάδας του υπονοεί ότι το δέρμα τύπου cyborg θα μπορούσε σύντομα να γίνει η μόδα του μέλλοντος. Δεν έχουμε συνειδητοποιήσει ακόμα όλες αυτές τις πολύπλοκες λειτουργίες, αλλά βαδίζουμε προς αυτήν τη λειτουργία της συσκευής».
