Hautähnliche Sensoren helfen bei der Weiterentwicklung von künstlicher ionischer Haut

Eine Gruppe von Forschern der Universität Toronto hat super-dehnbare, transparente und selbstbetriebene Sensoren entwickelt, die zur Weiterentwicklung von künstlicher ionischer Haut beitragen. Der Sensor kann die komplexen Empfindungen der menschlichen Haut aufzeichnen, was einer der großen Hindernisse bei der Entwicklung von künstlicher Haut war, die der echten Haut ähnelt.

Die neue Technologie wird als AISkin bezeichnet, und die Forscher glauben, dass die neue Technologie in der Tragbar-Elektronik, der persönlichen Gesundheitsversorgung und der Robotik wichtig sein wird.

Professor Xinyu Lius Labor arbeitet an den Durchbruchsbereichen der ionischen Haut und der weichen Robotik.

“Da es sich um ein Hydrogel handelt, ist es preisgünstig und biokompatibel – man kann es auf die Haut auftragen, ohne dass es giftige Auswirkungen hat. Es ist auch sehr klebrig und fällt nicht ab, sodass es viele Möglichkeiten für dieses Material gibt”, sagt Professor Liu.

Die AISkin ist klebrig und besteht aus zwei gegenüberliegenden, ladungstragenden Schichten aus dehnbaren Substanzen. Diese Substanzen sind als Hydrogele bekannt. Die Forscher überlagern negative und positive Ionen, um eine “Sensorkreuzung” auf der Oberfläche des Gels zu erstellen.

Die Sensorkreuzung funktioniert, wenn die AISkin Dehnung, Feuchtigkeit oder Temperaturänderungen ausgesetzt ist, was kontrollierte Ionbewegungen über sie verursacht. Diese können dann als elektrische Signale wie Spannung oder Strom gemessen werden.

“Wenn man auf die menschliche Haut schaut, wie wir Hitze oder Druck spüren, übertragen unsere Nervenzellen Informationen durch Ionen – es ist wirklich nicht so anders als unsere künstliche Haut”, sagt Liu.

Die AISkin ist sowohl robust als auch dehnbar.

Binbin Ying ist ein visiting PhD-Kandidat von der McGill-Universität und leitet das Projekt in Lius Labor.

Laut Ying “kann unsere menschliche Haut etwa 50 Prozent dehnen, aber unsere AISkin kann bis zu 400 Prozent ihrer Länge dehnen, ohne zu brechen”.

Die Forscher haben ihre Ergebnisse in Materials Horizons veröffentlicht.

Die neue AISkin kann zur Entwicklung bestimmter Technologien wie hautähnlichen Fitbits führen, die in der Lage sind, mehrere Körperparameter zu messen. Andere Technologien umfassen eine klebende Touchpad, die auf die Oberfläche der Hand aufgebracht werden kann.

“Es könnte für Athleten funktionieren, die die Intensität ihres Trainings messen möchten, oder es könnte ein tragbares Touchpad sein, um Spiele zu spielen”, sagt Liu.

Die Technologie könnte auch den Fortschritt bei der Muskelrehabilitation messen.

“Wenn man dieses Material auf einen Handschuh eines Patienten aufbringt, der seine Hand rehabilitiert, können die Gesundheitsarbeiter die Fingerbewegungen des Patienten überwachen”, sagt Liu.

Die Technologie könnte auch in der weichen Robotik eine Rolle spielen, oder flexiblen Robotern, die aus Polymeren bestehen. Eine der Anwendungen könnte bei weichen Roboter-Greifern liegen, die empfindliche Objekte in Fabriken handhaben.

Die Forscher hoffen, dass die AISkin in weiche Roboter integriert wird, um Daten wie die Temperatur von Lebensmitteln oder den Druck zu messen, der zum Handhaben bestimmter Objekte erforderlich ist.

Das Labor wird nun daran arbeiten, die AISkin zu verbessern und die Größe der Sensoren zu verringern. Biosensoren-Fähigkeiten werden dem Material hinzugefügt, um Biomoleküle in Körperflüssigkeiten zu messen.

“Wenn wir diese Forschung weiter vorantreiben, könnte dies etwas sein, das wir wie ein ‘intelligentes Pflaster’ tragen”, sagt Liu. “Die Wundheilung erfordert Atmungsaktivität, Feuchtigkeitsbalance – ionische Haut fühlt sich wie der natürliche nächste Schritt an.”