Nie potrzebuje baterii ani światła słonecznego, a zasilana jest energią ludzkiego potu. Co? Sztuczna, elastyczna skóra. Może monitorować stan naszego zdrowia i przydać się w protetyce

Nasza skóra pozwala nam odczuwać zewnętrzne bodźce, przyjemność i ból. A co mówi światu o naszym wnętrzu? Kiedy mozolimy na treningu, wylewając siódme poty lub mamy gorączkę sygnalizującą chorobę. To nie wszystko. Naukowcy opracowali niewielkie, bezinwazyjne urządzenie, które może z odpowiednio dobranymi czujnikami mierzyć tętno, temperaturę, poziom cukru czy skład potu, a nawet sygnały nerwowe kontrolujące mięśnie. A więc może być również interfejsem człowiek – maszyna.

Elektroniczna, rozciągliwa skóra jako swego rodzaju biopaliwo pozyskuje energię z potu. Ogniwa wytwarzają wystarczającą ilość energii elektrycznej do zasilania czujników i urządzenia Bluetooth, co umożliwia e-skórze przesyłanie odczytów z czujników bezprzewodowo.

Ogniwa są wykonane z nanorurek węglowych impregnowanych katalizatorem platynowo-kobaltowym oraz siatki kompozytowej zawierającej enzym rozkładający kwas mlekowy. Mogą generować ciągłą, stabilną moc wyjściową z ludzkiego potu przez wiele dni

Pomysłodawcy to naukowcy Caltechu (California Institute of Technology) działający pod kierunkiem dr. Wei Gao, adiunkta w dziale inżynierii medycznej.

Od opaski po plaster

Wei jest absolwentem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Już w 2016 roku został zauważony jako wynalazca opaski, która analizuje skład ludzkiego potu. Wówczas wybrano go do zacnego grona najśmielszych innowatorów poniżej 35. roku życia w rankingu prowadzonym przez Massachusetts Institute of Technology.

„Dorastałem w małej wiosce w Xuzhou w Chinach. Kiedy byłem dzieckiem, widziałem wokół siebie ludzi umierających na różne choroby. Wiele osób nie zdaje sobie sprawy, że jest problem, dopóki nie jest za późno. Pomyślałem, że w przyszłości powinienem zaprojektować poręczne urządzenie elektroniczne do monitorowania stanu zdrowia i informowania nas o tym, co się dzieje i zanim się pogorszy. Nasz organizm cały czas generuje dane. Obecnie jest tak wiele urządzeń do noszenia – zegarek Apple, Fitbit – ale głównie śledzą aktywność fizyczną lub parametry życiowe. Nie mogą dostarczyć informacji na poziomie molekularnym. Dlatego przyszło mi do głowy: co z potem?” – wyjaśniał wtedy.

Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=-RZwHDSFz6o

Jego opaska łączyła czujniki z procesorami elektronicznymi i nadajnikiem Bluetooth na elastycznej płytce i bezprzewodowo przesyłała dane na temat potu do telefonu komórkowego z odpowiednią aplikacją. Można za jej pomocą wykryć wiele oznak chorób, badać gospodarkę elektrolitową i poziom cukru czy obecność metali ciężkich w organizmie.

Ale to nie wszystko, Wei poszedł krok dalej.

Pot jako paliwo

Pisaliśmy już o różnych e-skórach, pomysłach na to, jak ma czuć dotyk i reagować, w tym o samonaprawiającej się elastycznej skórze dla robotów czy skórze z mnóstwem czujników, która odczuwa bodźce.

Zwracaliśmy też uwagę na rozwiązanie, które ma chłodzić roboty, tak jak pot chłodzi ludzkie ciało. Tym razem ma gwarantować energię. Nie jest to nowe podejście – nad podobnymi rozwiązaniami pracował już dr Joseph Wang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego w 2013 roku oraz Serge Cosnier, pracujący nad implantacją bioogniw na Uniwersytecie w Grenoble we Francji. Uważa on, że badania w tym zakresie to prawdziwy postęp w medycynie.

Reakcje na skórze

Ludzki pot, oprócz wody, zawiera kwas mlekowy, związek wytwarzany jako produkt uboczny procesów metabolicznych, szczególnie przez mięśnie podczas ćwiczeń. Ogniwa paliwowe wbudowane w e-skórę absorbują go i łączą go z tlenem z atmosfery, wytwarzając wodę i pirogronian, kolejny produkt uboczny metabolizmu.

Ogniwa są wykonane z nanorurek węglowych impregnowanych katalizatorem platynowo-kobaltowym oraz siatki kompozytowej zawierającej enzym rozkładający kwas mlekowy. Mogą generować ciągłą, stabilną moc wyjściową z ludzkiego potu przez wiele dni. Dr Wei z zespołem na krótkich filmach, będących częścią naukowego opracowania na temat wynalazku, podzielił się jednym z jego możliwych, przyszłych zastosowań. Elektroniczna skóra posłużyła do kontroli protezy nogi i robotycznego ramienia.

Adres filmu na Youtube: https://youtu.be/CVdKkfdcRaQ

Dwa czujniki ruchu mięśni umieszczono odpowiednio na dłoni i łokciu i podłączono do plastra umieszczonego na ramieniu. E-skóra była w stanie bezprzewodowo kontrolować ruch ramienia robota w czasie rzeczywistym. Ramię robota rozpoznało gesty ludzkiej ręki, a następnie zbliżyło się i złapało obiekt docelowy.

Przyszłość protetyki?

Badacze chcą, aby ten system był kompleksową platformą – może to być także interfejs człowiek-maszyna. Oznaki życiowe i informacje molekularne zebrane za pomocą tej platformy można wykorzystać do projektowania i optymalizacji protetyki nowej generacji.

Adres filmu na Youtube: https://youtu.be/s0gZ4rthKc0

Użytkownik noszący e-skórę na ramieniu mógł kontrolować protezę nogi podczas chodzenia.

Artykuł opisujący e-skórę opublikowano w Science Robotics.

• biopaliwo
• California Institute of Technology
• Caltech
• e-skóra
• Energia
• pot
• protetyka
• proteza
• robotyka
• Wei Gao