新しいタイプの可鍛性、自己修復性、および完全にリサイクル可能な「電子皮膚」の発見は、健康監視、ロボット工学、補綴物、および改良された生物医学装置に幅広い用途があります。
に発表された研究 科学の進歩 人間と比較した場合の展性、自己回復、完全なリサイクル性など、多数の特性を備えた新しい電子スキン（または単にeスキン）を紹介します 皮膚1。私たちの最大の器官である皮膚は、外から見たときに肉質の覆いです。 私たちの皮膚は非常に用途の広い器官であり、防水性の絶縁シールドとして機能し、太陽の損傷などのさまざまな外部の危険や要因から私たちの体を保護します。 皮膚の機能のいくつかは、体温の調節、有毒物質の摂取からの体の保護、そしてまた有毒物質の排泄（汗と一緒に）、機械的および免疫学的サポート、そして重要なものの生産です ビタミンD これは私たちの骨にとって非常に重要です。 皮膚はまた、脳と即座に通信するための十分な神経を備えた巨大なセンサーです。
世界中の研究者がさまざまなタイプとサイズのウェアラブルの開発に取り組んできました e-スキン'模倣しようとすることを目標に 生物学的な 皮膚とそのさまざまな機能。柔らかく曲線的な人間の皮膚とシームレスに統合するための、柔軟で伸縮性のあるデバイスが強く求められています。ナノスケール (10-9m）材料は、以前に通常使用されていた剛性シリコンに取って代わり、必要な機械的および電気的多様性を提供できます。 米国コロラド大学ボルダー校のJianliangXiao博士が率いるチームは、人間の皮膚の感覚的なタッチをロボットや補綴物に変換することを目的として、人工電子皮膚（e-skin）の開発に成功しました。 この試みは、将来、医療、科学、工学の分野で大きな可能性と価値を持つ「ウェアラブル」技術を持つ方向に向かっています。
E-skin：自己回復性とリサイクル可能
E-skin is a thin, translucent material having a 小説 type of covalently bonded dynamic polymer network, called polyimine, which is laced with silver nanoparticles for improved mechanical strength, chemical stability and electrical conductivity. This e-skin also has sensors embedded in it to measure pressure, temperature, humidity and air flow. This e-skin is being considered remarkable because it has been incorporated with many features which make it an extremely closer mimic of the human skin. It is highly malleable and can be easily set onto curved surfaces (e.g. human arms and legs, robotic hands) by applying moderate heat and pressure to it without introducing excessive stresses. It has amazing self-healing properties wherein upon any cut or damage caused by an external circumstance, the e-skin recreates the chemical bonds between the two separated sides restoring the matrix for its proper functionality and returning to its original bonded state.
このe-skinが何らかの状況で使用できなくなった場合、既存のe-skin材料を「液化」して「新しい」e-skin。 このリサイクル溶液（エタノール中のXNUMXつの市販の化合物の混合物）は、ポリマーを分解し、銀ナノ粒子は溶液の底に沈みます。 これらの分解されたポリマーは、新しい機能的なe-skinを作るために新たに使用することができます。 室温で達成可能なこの自己修復性とリサイクル性は、使用されるポリマーの化学結合に起因します。 ポリアミンのポリマーネットワークの利点は、その可逆性であり、架橋ポリマーネットワーク内の不可逆的な結合のために再成形、再処理、またはリサイクルできないほとんどの従来のサーモスタット材料とは異なり、壊れてリサイクルできることです。 これは人間の皮膚自体よりも頑丈であり、代替品ではなく、皮膚の強化として使用できます。 また、触るのも心地よく、まるで本物の肌のように感じます。これは、将来、たとえば電子機器のカバー剤になる可能性があります。
Eco-friendly and low on cost properties of e-skin have been hailed and such e-skin could greatly reduce electronic waste and environmental impact and could be highly usable and popular with manufacturers across different fields. Though it may sound farfetched at the moment, this reuse technology could also be similarly applied to old electronics items as well. In fact, modern day fitness trackers and health monitors once damaged add to the growing mountain of e-waste compounding environment related problems. The e-skin could be worn around our necks or on our wrists and these could be like flexible wearables or temporary tattoos and whenever they get damaged they can be recycled and reused. Since e-skin is flexible, it can be bent and twisted and can be made customized according to the wearer. The technology opens up avenues for intelligent ロボット工学 in which such a pleasant to feel and confortable electronic skin can be wrapped around the body of a robot or an artificial limb. To elaborate, a prosthetic arm or leg which is wrapped in this electronic skin can allow the wearer to respond to temperature and pressure changes because of the multiple sensors incorporated in it. The robotics arms or legs fitted with such an e-skin can make the robots act more delicately towards humans and be more safe and reliable. For example, e-skin could be specifically fitted to a robot handling a baby or a fragile elderly and thus robot will not be applying too much force. Another application of e-skin can be potentially in hazardous environments or high-risk jobs. It is plausible that this technology could be used with virtual buttons, controls or doors that would enable any operation without human physical interaction, for example in explosives industry or other dangerous lines of work, and thus this e-skin maybe able to decrease the chances of any human injury.
e-skinにディスプレイを追加する
東京大学の研究者チームが最近ディスプレイを追加しました2(micro-LED) to ultrathin, band aid-style e-skin patches to enable display of different signs of health monitoring in real time (e.g. measuring glucose levels in people with diabetes or the moving waveform of an electrocardiogram of a heart 患者). These patches have a stretchable wiring and thus can bend or stretch to up to 45 precent based upon the movement of the wearer. These are considered as having the most flexible and durable design in recent times. The continuous shedding of human skin cells could mean that the patch might fall off after a few days but this can be worked around.
染谷隆夫教授が率いるこの研究は、このようなディスプレイは、最終的には、患者だけでなく、家族、介護者、医療専門家にとっても、直接または医療情報をシームレスかつ簡単に読み取り、伝達できるようになると述べています。リモートで。 メッセージも受信します。 研究者たちは、パッチの信頼性をさらに向上させ、費用対効果を高め、世界中でより広い範囲で生産を拡大することを目指しています。 彼らの目標は、2020年末までにこのデバイスを市場に投入することです。
今後の課題
e-skinの開発は非常にエキサイティングな斬新な研究ですが、私たちの基本的な特性のXNUMXつである柔軟性と伸縮性はまだe-skinによってうまく達成されていません。 e-skinは柔らかいですが、人間の皮膚ほど伸縮性はありません。 著者によると、現状では、材料も非常に簡単に再現することはできません。 再修復/リサイクルされたe-skinデバイスでは、新しいモジュールと比較して全体的なセンシングパフォーマンスのわずかな低下が見られました。これは、さらなる調査で完全に対処する必要があります。 電子スキンが使用する磁場も非常に高く、縮小する必要があります。 現在、デバイスは非常に実用的ではない外部ソースから電力を供給されていますが、代わりにデバイスに電力を供給するための充電式の小さなバッテリーを使用できるはずです。 Dr.Xiaoと彼のチームは、この製品を改良し、スケーリングソリューションを改善して、少なくとも経済的なハードルを超え、このeスキンを製造し、ロボット、補綴物、医療機器などに配置しやすくしたいと考えています。
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ソース
1. Zou Z etal。 2018.動的共有結合熱硬化性ナノコンポジットによって可能になった、再修復可能、完全にリサイクル可能、および可鍛性の電子スキン。 科学の進歩. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508
2. Someya T.2018。超柔軟なオンスキンセンサーによる継続的な健康モニタリング。 AAAS年次総会シンポジウム、テキサス州オースティン、17年2018月XNUMX日。
