Σύνταξη – Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Το ευέλικτο ηλεκτρονικό δέρμα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της αρτηριακής πίεσης, της θερμοκρασίας και των επιπέδων οξυγόνου των χρηστών σε πραγματικό χρόνο, βοηθώντας σε ιατρικές διαγνώσεις και υγειονομική περίθαλψη.
Το δέρμα είναι με διαφορά το μεγαλύτερο όργανο στο σώμα μας, αλλά και το πιο περίπλοκο. Αν το κοιτάξουμε κάτω από ένα μικροσκόπιο θα δούμε χιλιάδες νευρικές απολήξεις που κρατούν τον εγκέφαλο συνδεδεμένο με τον έξω κόσμο και μας επιτρέπουν να νιώθουμε αφή, πίεση και πόνο. Όμως, όταν το κοιτάζει η Zhenan Bao, βλέπει κάτι άλλο.
Για την Bao – μια χημικό μηχανικό που επικεντρώθηκε στην κατασκευή πολυμερών – το δέρμα δεν είναι μόνο ένα αισθητήριο όργανο, αλλά και ένα υλικό. Ένα που, σύμφωνα με τα λόγια της, είναι ευέλικτο, αλλά και εκτάσιμο, αυτοθεραπευόμενο και βιοδιασπώμενο. Η Bao εργάζεται στον αναδυόμενο τομέα του ηλεκτρονικού δέρματος και έχει βάλει ως αποστολή της να αναδημιουργήσει τις πολλές λειτουργίες του ανθρώπινου δέρματος για χρήση στην προσθετική και τη ρομποτική. Για τα άτομα που φορούν τεχνητά μέλη, η αίσθηση της αφής θα βελτίωνε αμέτρητα την ποιότητα ζωής τους – επιτρέποντάς τους να διακρίνουν το μαλακό από το σκληρό και να διαπιστώσουν το επικίνδυνα αιχμηρό ή το ζεματιστό πριν προλάβουν να κάνουν οποιαδήποτε ζημιά στους εαυτούς τους.
Όταν η Bao εντάχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ το 2004, λίγοι ερευνητές εργάζονταν σε ευέλικτους αισθητήρες που θα μπορούσαν να τυλιχτούν γύρω από ένα τεχνητό χέρι για να μιμηθούν την αίσθηση της αφής και η προηγούμενη εμπειρία της με τις εύκαμπτες οθόνες θα αποδεικνυόταν χρήσιμη. Μέχρι το 2010, η ίδια και οι συνάδελφοί της είχαν αναπτύξει έναν ευέλικτο αισθητήρα τόσο ευαίσθητο που μπορούσε να ανιχνεύσει το πέταγμα μιας πεταλούδας. «Τα τρέχοντα ηλεκτρονικά μας είναι πολύ άκαμπτα, εύθραυστα και ογκώδη», λέει η Bao. «Όμως, αν μπορούμε να τα κάνουμε όλα σαν δέρμα, τότε αυτό μπορεί, ενδεχομένως, να αλλάξει εντελώς τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι αλληλεπιδρούν και διασυνδέονται με τα ηλεκτρονικά» συνεχίζει.
Το δέρμα μας, το οποίο αποτελεί ένα φυσικό προστατευτικό φράγμα έναντι του περιβάλλοντος, θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει ως διεπαφή μεταξύ ανθρώπων και συσκευών. Εκτός από τη ρομποτική και τις προθέσεις, η Bao βλέπει πιθανές εφαρμογές για το ηλεκτρονικό δέρμα – ή αλλιώς e-skin – στον τομέα των wearables. Φανταστείτε μια συσκευή που φοριέται στο σώμα σαν δεύτερο δέρμα και χρησιμοποιεί αισθητήρες για να μετρήσει με ακρίβεια την αρτηριακή πίεση, τη θερμοκρασία ή τα επίπεδα γλυκόζης και οξυγόνου σε πραγματικό χρόνο. «Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για φορητές συσκευές που ξεπερνούν την απλή μέτρηση πόσων βημάτων περπατάμε κάθε μέρα ή τον καρδιακό ρυθμό μας», λέει η ίδια.
Μια εφεύρεση που βγαίνει από το ερευνητικό εργαστήριο της Bao στο Στάνφορντ θα μπορούσε να κατασκευαστεί και να δοκιμαστεί κλινικά τα επόμενα χρόνια. Η startup PyrAmes της Silicon Valley, την οποία συνίδρυσε η Bao, αναπτύσσει αυτό το καιρό μια μαλακή ταινία που τυλίγεται γύρω από τον καρπό ή το πόδι και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της αρτηριακής πίεσης των πρόωρων νεογνών σε μονάδες εντατικής θεραπείας. Έχει σχεδιαστεί για να καταγράφει τη συνεχή ροή του αίματος, όπως κάνει συνήθως μια αρτηριακή γραμμή, χωρίς να χρειάζεται βελόνες που φέρουν τον κίνδυνο μόλυνσης και βλάβης ιστών και νεύρων. Στη συνέχεια, η ταινία συνδέεται ασύρματα με ένα tablet για να παρακολουθεί τις αλλαγές της αρτηριακής πίεσης, σε πραγματικό χρόνο.
Για τέτοιες εφαρμογές, τα ηλεκτρονικά πρέπει να είναι εκτάσιμα και εύκαμπτα από την αρχή. Η ομάδα ερευνητών της Bao έχει υιοθετήσει μια μοριακή προσέγγιση στο σχεδιασμό οργανικών πολυμερών έχοντας αυτό κατά νου. Ένα πολυμερές είναι ένα μεγάλο μόριο που αποτελείται από πολλά επαναλαμβανόμενα μονομερή συνδεδεμένα μεταξύ τους σαν μια μακριά αλυσίδα συνδετήρων. Αλλάζοντας τη δομή αυτών των μονομερών, οι ερευνητές μπορούν να κάνουν το υλικό ελαστικό και να το διαμορφώσουν ώστε να ταιριάζει στο ανθρώπινο σώμα ή ακόμα και μέσα στο σώμα.
Η Bao εργάζεται σε ηλεκτρονικές συσκευές «εμπνευσμένες από το δέρμα» εδώ και πολλά χρόνια. Από το 2018, υπηρετεί ως πρόεδρος του τμήματος χημικής μηχανικής του Στάνφορντ και επίσης ίδρυσε και διευθύνει το Stanford Wearable Electronics Initiative (eWEAR), ένα πανεπιστημιακό πρόγραμμα που συγκεντρώνει επιστήμονες που εργάζονται σε υλικά, ηλεκτρονικά, συστήματα, δεδομένα και ιατρικές επιστήμες και τις συνδέει με τη βιομηχανία. Η ίδια η Bao έχει ήδη περισσότερες από 100 πατέντες στις ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένου ενός για τον αισθητήρα ανίχνευσης πεταλούδων.
Η ίδια και οι συνάδελφοί της στο Stanford εργάζονται επίσης σε πολυμερή υλικά για οθόνες που μπορούν να τεντωθούν, να διπλωθούν, ακόμη και να θρυμματιστούν. Τον Μάρτιο του 2022, μετά από τρία χρόνια εργασίας, δημοσίευσαν στο περιοδικό Nature μια απόδειξη αρχής για ένα πολυμερές το οποίο εκπέμπει φως σαν νήμα λαμπτήρα. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι η συσκευή τους μπορεί να φορεθεί στην άρθρωση ενός δακτύλου και να τεντωθεί στο διπλάσιο του μήκους της χωρίς να σκιστεί. «Αυτή είναι μια εκτάσιμη έκδοση, η οποία μπορεί να παραμορφωθεί και να αλλάξει σχήμα», λέει η Bao. Το πρωτότυπο μπορεί να δείξει μόνο μια στατική, χαμηλής ανάλυσης εικόνα, αλλά θα μπορούσε να θέσει τα θεμέλια για μελλοντικά ηλεκτρονικά που φοριούνται στο σώμα και θα μετρούν και θα εμφανίζουν τα ζωτικά σημεία.
Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για το ηλεκτρονικό δέρμα, λέει η Bao. Όμως ο δρόμος προς την εμπορική χρήση είναι μακρύς. Ωστόσο, καθοδηγείται από την ιδέα της ανάπτυξης ηλεκτρονικών ειδών που θα μπορούσαν να ωφελήσουν την ιατρική διάγνωση και την υγειονομική περίθαλψη μακροπρόθεσμα – είτε με τη μορφή προσθετικών, φορητών ή ακόμα και εμφυτεύσιμων συσκευών. Η προσοχή της εστιάζεται επίσης στα μικρά βήματα και τις επιτυχίες της ερευνητικής της ομάδας στην ανάπτυξη μεμονωμένων δομικών στοιχείων: αισθητήρες, κυκλώματα και τα εύκαμπτα, εκτάσιμα και βιοδιασπώμενα υλικά που τα αποτελούν. «Για να μπορέσει το πεδίο να εξελιχθεί και να έχει μια μακροπρόθεσμη τροχιά, πρέπει να είμαστε σε θέση να δείξουμε ότι μπορούμε να έχουμε αντίκτυπο στο εγγύς μέλλον», καταλήγει η Bao.
Πηγή: Wired
