바이오연료 구동 전자 피부: 땀으로 작동하는 인간-기계 인터페이스

연구자들은 실제 피부 위에 직접 적용되는 전자 피부(e-skin)를 개발했습니다. 부드럽고 유연한 고무로 만들어졌으며, 심박수, 체온, 혈당 수치, 건강 지표인 대사 산물, 근육을 제어하는 신경 신호를 모니터링하는 센서를 내장할 수 있습니다. 신체 자체 노폐물로 구동되는 바이오연료 전지로 작동하므로 배터리가 필요 없습니다.

인간 땀에는 정상적인 대사 과정, 특히 운동 중 근육에서 생성되는 부산물인 락테이트(젖산염) 화합물이 매우 높은 수준으로 포함되어 있습니다. 전자 피부에 내장된 연료 전지는 이 락테이트를 흡수하여 대기 중 산소와 결합시키고, 물과 대사 부산물인 피루브산을 생성합니다. 작동하면서 바이오연료 전지는 센서와 블루투스 장치(전화와 카 스테레오를 연결하는 것과 유사)에 전력을 공급할 만큼 충분한 전기를 생성하여 전자 피부가 센서 판독값을 무선으로 전송할 수 있게 합니다.

근거리 무선 통신(NFC)은 많은 배터리 없는 전자 피부 시스템의 일반적인 접근 방식이지만, 매우 짧은 거리에서만 전력 전송과 데이터 읽기에 사용될 수 있습니다. 블루투스 통신은 더 높은 전력을 소비하지만 실용적인 의료 및 로봇 애플리케이션에 확장된 연결성을 제공하는 더 매력적인 접근 방식입니다.

땀으로 작동하는 전원 고안이 전자 피부 제작의 유일한 도전은 아니었습니다. 최소한의 열화로 높은 전력 강도로 오래 지속되어야 했습니다. 바이오연료 전지는 백금/코발트 촉매가 함침된 탄소 나노튜브와 락테이트를 분해하는 효소를 보유한 복합 메쉬로 만들어집니다. 인간 땀에서 여러 날 동안 연속적이고 안정적인 전력 출력(최대 제곱센티미터당 몇 밀리와트)을 생성할 수 있습니다.

다음 단계는 전자 피부에 내장할 수 있는 다양한 센서를 개발하여 다목적으로 사용할 수 있게 하는 것입니다. 착용형 바이오센서 외에도 이것이 인간-기계 인터페이스가 될 수 있습니다. 이 플랫폼을 사용하여 수집된 활력 징후와 분자 정보는 차세대 의수족 설계와 최적화에 사용될 수 있습니다.