Биотопливная электронная кожа: Пот-питаемый человеко-машинный интерфейс

Исследователи разработали электронную кожу (e-skin), которая наносится прямо на настоящую кожу. Изготовленная из мягкой, гибкой резины, она может быть встроена с датчиками, мониторящими информацию вроде частоты сердечных сокращений, температуры тела, уровня сахара в крови и метаболических побочных продуктов, являющихся индикаторами здоровья, а также нервных сигналов, управляющих мышцами. Она делает это без необходимости батареи, так как работает исключительно на биотопливных элементах, питаемых одним из собственных продуктов отходов тела.

Человеческий пот содержит очень высокие уровни химического вещества лактат, соединения, генерируемого как побочный продукт нормальных метаболических процессов, особенно мышцами во время упражнений. Биотопливные элементы, встроенные в e-skin, поглощают этот лактат и комбинируют его с кислородом из атмосферы, генерируя воду и пируват, другой побочный продукт метаболизма. По мере работы биотопливные элементы генерируют достаточно электроэнергии для питания датчиков и Bluetooth-устройства, похожего на то, которое соединяет телефон с автомобильной стереосистемой, позволяя e-skin беспроводно передавать показания своих датчиков.

В то время как ближняя бесконтактная коммуникация (NFC) является распространенным подходом для многих батарейных e-skin систем, она может использоваться только для передачи энергии и чтения данных на очень коротком расстоянии. Bluetooth-коммуникация потребляет больше энергии, но является более привлекательным подходом с расширенной связностью для практических медицинских и роботизированных применений.

Придумать источник питания, работающий напоте, не было единственным вызовом в создании e-skin. Ей также нужно было служить долго с высокой интенсивностью мощности с минимальной деградацией. Биотопливные элементы сделаны из углеродных нанотрубок, пропитанных платиной/кобальтовым катализатором и композитной сеткой, удерживающей фермент, расщепляющий лактат. Они могут генерировать непрерывную стабильную выходную мощность (до нескольких милливатт на квадратный сантиметр) в течение нескольких дней в человеческом поте.

Следующие шаги — разработать множество датчиков, которые могут быть встроены в e-skin, чтобы она могла использоваться для множественных целей. Помимо носимого биосенсора, это может быть человеко-машинный интерфейс — жизненно важные признаки и молекулярная информация, собранные с использованием этой платформы, могут использоваться для проектирования и оптимизации протезов следующего поколения.