Robotik
Hautähnliche Sensoren helfen bei der Weiterentwicklung von AISkin
Eine Gruppe von Forscher der University of Toronto haben superdehnbare, transparente und selbstantreibende Sensoren entwickelt, die zur Weiterentwicklung der künstlichen Ionenhaut beitragen werden. Der Sensor ist in der Lage, die komplexen Empfindungen der menschlichen Haut aufzuzeichnen, was eines der großen Hindernisse für die Entwicklung einer künstlichen Haut darstellte, die der echten ähnelt.
Die neue Technologie heißt AISkin und die Forscher glauben, dass die neue Technologie für tragbare Elektronik, persönliche Gesundheitsfürsorge und Robotik wichtig sein wird.
Das Labor von Professor Xinyu Liu arbeitet an den bahnbrechenden Bereichen ionischer Haut und weicher Robotik.
„Da es sich um ein Hydrogel handelt, ist es kostengünstig und biokompatibel – man kann es ohne toxische Wirkung auf die Haut auftragen. Außerdem ist es sehr haftend und fällt nicht ab, daher gibt es viele Möglichkeiten für dieses Material“, so Professor Liu.
Der AISkin ist klebend und besteht aus zwei entgegengesetzt geladenen Schichten dehnbarer Substanzen. Diese Substanzen werden als Hydrogele bezeichnet. Die Forscher überlagern negative und positive Ionen, um eine „Sensorverbindung“ auf der Oberfläche des Gels zu schaffen.
Die Sensorverbindung funktioniert immer dann, wenn der AISkin Belastungen, Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, die kontrollierte Ionenbewegungen über ihn verursachen. Diese können dann als elektrische Signale wie Spannung oder Strom gemessen werden.
„Wenn man sich die menschliche Haut ansieht, wie wir Hitze oder Druck wahrnehmen, übertragen unsere Nervenzellen Informationen über Ionen – das unterscheidet sich eigentlich nicht so sehr von unserer künstlichen Haut“, sagt Liu.
Der AISkin ist sowohl robust als auch dehnbar.
Binbin Ying ist Gastdoktorand der McGill University und leitet das Projekt in Lius Labor.
Laut Ying „kann sich unsere menschliche Haut um etwa 50 Prozent dehnen, aber unsere AISkin kann sich um bis zu 400 Prozent ihrer Länge dehnen, ohne zu brechen.“
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in Materialhorizonte.
Der neue AISkin kann zur Entwicklung bestimmter Technologien führen, beispielsweise hautähnlicher Fitbits, die in der Lage sind, mehrere Körperparameter zu messen. Zu den weiteren Technologien gehört ein selbstklebendes Touchpad, das auf der Oberfläche Ihrer Hand haften kann.
„Es könnte für Sportler funktionieren, die die Intensität ihres Trainings messen möchten, oder es könnte ein tragbares Touchpad zum Spielen sein“, so Liu.
Die Technologie könnte auch die Fortschritte messen, die bei der Muskelrehabilitation erzielt werden.
„Wenn man dieses Material beispielsweise auf einen Handschuh eines Patienten kleben würde, der seine Hand rehabilitiert, könnten die Mitarbeiter des Gesundheitswesens ihre Fingerbeugebewegungen überwachen“, sagt Liu.
Auch im Bereich der Soft-Robotik, also der flexiblen Roboter aus Polymeren, könnte die Technologie eine Rolle spielen. Eine der Anwendungen könnten weiche Robotergreifer sein, die empfindliche Objekte in Fabriken handhaben.
Die Forscher hoffen, dass AISkin in Softroboter integriert wird, um Daten wie die Temperatur von Lebensmitteln oder den Druck zu messen, der zum Umgang mit bestimmten Objekten erforderlich ist.
Das Labor wird nun daran arbeiten, AISkin weiterzuentwickeln und die Größe der Sensoren zu verringern. Das Material wird um biosensorische Fähigkeiten erweitert, die es ermöglichen, Biomoleküle in Körperflüssigkeiten zu messen.
"Wenn wir diese Forschung weiter vorantreiben, könnte dies etwas sein, das wir wie einen 'intelligenten Verband' anlegen", sagt Liu. "Wundheilung erfordert Atmungsaktivität und Feuchtigkeitshaushalt - ionische Haut fühlt sich wie der nächste natürliche Schritt an."
