새로운 유형의 가단성, 자가 치유 및 완전히 재활용 가능한 "전자 피부"의 발견은 건강 모니터링, 로봇 공학, 보철 및 개선된 생체 의학 장치에 광범위하게 적용됩니다.
에 발표 한 연구 과학의 발전 인간과 비교할 때 가단성, 자가 치유 및 완전한 재활용 가능성을 포함한 다양한 특성을 지닌 새로운 전자 피부(또는 단순히 e-skin)를 선보입니다. 피부1.외부에서 볼 때 가장 큰 기관인 피부는 다육질의 덮개입니다. 우리의 피부는 방수, 단열 보호막 역할을 하고 태양 손상과 같은 다양한 외부 위험이나 요인으로부터 우리 몸을 보호하는 매우 다재다능한 기관입니다. 피부의 기능 중 일부는 체온 조절, 독성 물질 섭취 및 독성 물질 배설(땀과 함께)으로부터 신체 보호, 기계적 및 면역학적 지원 및 결정적인 세포 생성입니다. 비타민 D 이것은 우리의 뼈에 매우 중요합니다. 피부는 또한 뇌와 즉각적으로 소통할 수 있는 충분한 신경을 가진 거대한 센서입니다.
전 세계 연구원들은 다양한 유형과 크기의 '웨어러블 전자 스킨'를 흉내내는 것을 목표로 생물 학적 피부와 그 다양한 기능. 부드럽고 곡선적인 인간 피부와 완벽하게 통합되기 위해서는 유연하고 신축성이 있는 장치가 절실히 필요합니다. 나노스케일(10-9m) 재료는 이전에 일반적으로 사용되었던 경질 실리콘을 대체하는 데 필요한 기계적 및 전기적 다양성을 제공할 수 있습니다. 미국 볼더 콜로라도 대학의 지안량 샤오(Jianliang Xiao) 박사가 이끄는 팀은 인간 피부의 감각적 촉각을 로봇과 보철로 번역하는 것을 목표로 인공 전자 피부(e-skin)를 성공적으로 개발했습니다. 이러한 시도는 미래에 의료, 과학, 공학 분야에서 엄청난 잠재력과 가치를 가질 '웨어러블' 기술을 갖는 방향으로 가고 있다.
E-스킨: 자가 치유 및 재활용 가능
E스킨은 얇고 반투명한 소재로 소설 향상된 기계적 강도, 화학적 안정성 및 전기 전도성을 위해 은 나노입자와 결합된 폴리이민이라고 불리는 공유 결합 동적 폴리머 네트워크 유형입니다. 이 e-skin에는 압력, 온도, 습도 및 공기 흐름을 측정하는 센서가 내장되어 있습니다. 이 e-스킨은 인간의 피부와 매우 유사하게 만드는 많은 기능을 통합했기 때문에 주목할만한 것으로 간주됩니다. 이 제품은 가단성이 뛰어나 과도한 응력을 가하지 않고 적당한 열과 압력을 가하여 곡선 표면(예: 사람의 팔과 다리, 로봇 손)에 쉽게 설치할 수 있습니다. e-skin은 외부 환경으로 인해 절단이나 손상이 발생하면 분리된 양면 사이의 화학적 결합을 재생성하여 매트릭스를 적절한 기능으로 복원하고 원래의 결합 상태로 되돌리는 놀라운 자가 치유 특성을 가지고 있습니다.
이 e-스킨이 어떠한 상황으로 인해 사용할 수 없게 된 경우 기존 e-skin 재료를 "액화"하여 ""로 바꾸는 재활용 용액에 넣어 완전히 재활용하여 완전히 새로운 e-skin으로 만들 수 있습니다. 새로운” 전자 스킨. 이 재활용 용액은 에탄올에 포함된 세 가지 상업적으로 이용 가능한 화합물의 혼합물로 폴리머를 분해하고 은 나노 입자는 용액 바닥에 가라앉습니다. 이렇게 분해된 고분자는 새로운 기능성 e-스킨을 만들기 위해 새롭게 사용될 수 있습니다. 실온에서 얻을 수 있는 이러한 자가 치유 및 재활용성은 사용된 폴리머의 화학적 결합에 기인합니다. 폴리이민의 고분자 네트워크의 장점은 가교된 고분자 네트워크 내의 비가역적 결합 때문에 모양을 바꾸거나 재가공하거나 재활용할 수 없는 대부분의 기존 온도 조절 장치 재료와 달리 가역적이며 부서지고 재활용될 수 있다는 것입니다. 이것은 인간의 피부 자체보다 더 견고하며 교체가 아닌 개선으로 사용될 수 있습니다. 만졌을 때의 감촉도 좋고 실제 피부와 거의 흡사하여 미래의 전자 기기 등의 커버 소재가 될 가능성이 있습니다.
e-스킨의 친환경적이고 저비용 특성은 호평을 받아 왔으며, 이러한 e-스킨은 전자 폐기물과 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있으며 다양한 분야의 제조업체에서 활용도가 높고 인기가 있을 수 있습니다. 지금 당장은 무리하게 들릴 수도 있지만, 이 재사용 기술은 오래된 전자제품에도 유사하게 적용될 수 있습니다. 실제로 현대의 피트니스 트래커와 건강 모니터는 일단 손상되면 전자 폐기물 복합 환경 관련 문제가 점점 더 커지고 있습니다. e-skin은 목이나 손목에 착용할 수 있으며 유연한 웨어러블이나 임시 문신과 같을 수 있으며 손상될 때마다 재활용 및 재사용이 가능합니다. e-skin은 유연하기 때문에 구부리고 비틀릴 수 있으며 착용자에 따라 맞춤 제작이 가능합니다. 이 기술은 지능화의 길을 열어줍니다. 로봇 이렇게 기분 좋고 편안한 전자 피부를 로봇이나 의수족의 몸에 감쌀 수 있는 것입니다. 자세히 설명하자면, 이 전자 피부에 싸인 인공 팔이나 다리는 내장된 여러 센서로 인해 착용자가 온도와 압력 변화에 반응할 수 있게 해줍니다. 이러한 e-스킨이 장착된 로봇 팔이나 다리는 로봇이 인간을 향해 더욱 섬세하게 행동하고 더욱 안전하고 신뢰할 수 있게 만들 수 있습니다. 예를 들어, e-skin은 아기나 연약한 노인을 다루는 로봇에 특별히 장착될 수 있으므로 로봇이 너무 많은 힘을 가하지 않습니다. e-skin의 또 다른 응용 분야는 잠재적으로 위험한 환경이나 고위험 작업일 수 있습니다. 이 기술은 예를 들어 폭발물 산업이나 기타 위험한 작업 라인에서 인간의 물리적 상호 작용 없이 모든 작업을 가능하게 하는 가상 버튼, 컨트롤 또는 도어와 함께 사용될 수 있으며 따라서 이 e-스킨은 위험을 줄일 수 있습니다. 어떤 인간 부상의.
전자 스킨에 디스플레이 추가
도쿄 대학의 연구원 팀은 최근 디스플레이를 추가했습니다.2(마이크로 LED)부터 초박형 반창고 스타일의 e-skin 패치까지 실시간으로 건강 모니터링의 다양한 징후를 표시할 수 있습니다(예: 당뇨병 환자의 포도당 수준 측정 또는 심장 심전도의 움직이는 파형). 환자). 이 패치에는 신축성 있는 배선이 있어 착용자의 움직임에 따라 최대 45%까지 구부리거나 늘어날 수 있습니다. 최근 가장 유연하고 내구성이 뛰어난 디자인으로 간주됩니다. 인간의 피부 세포가 지속적으로 떨어지면 며칠 후에 패치가 떨어질 수 있지만 이는 해결될 수 있습니다.
타카오 소메야 교수가 이끄는 이 연구는 이러한 디스플레이가 궁극적으로 환자뿐만 아니라 가족, 간병인 및 의료 전문가가 직접 또는 심지어는 의료 정보를 원활하고 쉬운 방식으로 읽고 전달할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다고 말합니다. 떨어져서. 메시지도 수신할 것입니다. 연구원들은 패치의 신뢰성을 더욱 개선하고 비용 효율성을 높이며 전 세계적으로 더 넓은 범위로 생산량을 늘리는 것을 목표로 합니다. 그들의 목표는 2020년 말까지 이 장치를 시장에 출시하는 것입니다.
앞으로의 과제
e-스킨의 개발은 매우 흥미로운 참신한 연구이지만, 우리의 근본적인 특성 중 하나인 유연성과 신축성은 아직 e-스킨에 의해 성공적으로 달성되지 않았습니다. e-스킨은 부드럽지만 사람의 피부만큼 신축성이 없습니다. 저자에 따르면 이 재료는 그대로 재현하기가 쉽지 않습니다. 재생/재활용 전자 피부 장치에서 전체 감지 성능이 새 모듈에 비해 약간 감소하는 것으로 나타났습니다. 이는 추가 연구를 통해 완전히 해결해야 합니다. e-스킨이 사용하는 자기장도 상당히 높으므로 축소해야 합니다. 현재 장치는 외부 소스에서 전원을 공급받는 매우 비현실적이지만 대신 장치에 전원을 공급하기 위해 충전식 소형 배터리를 사용할 수 있어야 합니다. Dr.Xiao와 그의 팀은 이 제품을 개선하고 스케일링 솔루션을 개선하여 최소한 경제적인 장애물을 극복할 수 있고 이 e-스킨을 로봇, 보철, 의료 기기 또는 기타 다른 제품에 더 쉽게 제조하고 배치할 수 있기를 원합니다.
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출처
1. Zou Z et al. 2018. 동적 공유 열경화성 나노복합체로 구현되는 재생 가능하고 완전히 재활용 가능하며 가단성 있는 전자 피부. 과학의 발전. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T. 2018. Ultraflexible On-Skin 센서를 사용한 지속적인 건강 모니터링. AAAS 연례 회의 심포지엄, 텍사스 오스틴, 17년 2018월 XNUMX일.
