“表皮电子学”:将可剥离电路像临时纹身一样贴在你的皮肤上

不久的将来,医院里的病人将不再需要连接电线和监视器——取而代之的是,电子贴片将被暂时纹在他们的身体上。医生将能够监测他们的生命体征,而无需进行刺探和按压,佩戴颈部贴片的病人甚至能够与机器人交流,机器人会将喉部肌肉的运动转化为简单的语音。

一款新的电子皮肤贴片,其侵入性不亚于临时纹身,标志着人机界面的一项重大突破。微小的半导体电路可以随着皮肤伸展,可以贴在人皮肤上,实时监测肌肉活动、心脏活动甚至脑电波,而无需使用笨重的医疗设备。

表皮电子电路最初安装在一张超薄的可溶性塑料片上,用水像临时纹身一样将其层压在皮肤上。一旦贴上,它可以随着佩戴者的皮肤弯曲、起皱和伸展——它不会脱落或断裂,考虑到这是高性能半导体,这绝非易事。当不再需要时,它会像晒伤的皮肤一样剥落。观看下面的视频,了解它的实际应用。

这些设备不是通过胶水或静电粘附在皮肤上的,而是通过一种称为范德华力的近距离原子力粘附,这种力在用户看来基本上是看不见的。研究人员报告称,粘附时间最长可达24小时。

UI称,伊利诺伊大学的研究人员开发了这种设备,制造了包含多种组件的电路,以证明其可行性:传感器、LED、晶体管、射频电容器和无线天线。这些设备可以从感应充电或迷你太阳能电池中获取电力。

发明者表示,它们可以用于各种医疗应用,特别是目前需要导电凝胶、胶带和电线的监测心脏和肌肉活动的传感器。为了证明这一点,他们测量了心脏、大脑和骨骼肌产生的电活动,并在本周的《*科学*》杂志上发表了他们的研究报告。

目前在正常环境下研究脑功能是不可能的——使用脑电图,病人必须在实验室环境中,或者佩戴某种复杂的头盔——但这个贴片可以使之成为可能。或者想象一下,一个患有退行性疾病、无法交流的病人,可以使用这些贴片与电脑连接。

根据美国国家科学基金会的说法,在喉部贴片实验中,该贴片足够精确,研究团队能够区分几种单词。他们甚至能够以90%以上的准确率控制一个语音激活的视频游戏。

[图片由John A. Rogers提供

该研究团队的联合负责人、UI电气与计算机工程学教授Todd Coleman表示:“这项技术能够以一种非常自然、感觉非常舒适的方式将你与物理世界和网络世界连接起来。”

这些电路是通过新颖的制造方法实现的,这些方法允许制造出在块状时易碎的半导体的可弯曲版本。据UI新闻稿称,该研究团队(还包括西北大学的工程学研究人员)开发了一种他们称之为“丝状蛇形”的新器件几何结构。各种器件的电路由微小的、弯曲的导线构成,如上图所示。电路的波浪形使其能够弯曲、扭曲、褶皱和伸展,同时保持功能。

西北大学工程学教授黄永刚表示:“电子学和生物学的融合是这里的关键点。所有已有的电子形式都是坚硬、刚性的。生物学是柔软、弹性的。这是两个不同的世界。这是一种真正整合它们的方式。”

 

更多优惠、评测和购买指南

 
丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

© .