거미줄에서 영감을 얻은 보이지 않는 친환경 피부 장착 센서

앤드류 코셀리

사람의 손가락에 센서가 인쇄되어 있습니다. (이미지 :황 연구소, 케임브리지)

연구원들은 손가락이나 꽃잎 등 광범위한 생물학적 표면에 직접적으로 눈에 띄지 않게 인쇄할 수 있는 적응형 친환경 센서를 만드는 방법을 개발했습니다.

케임브리지 대학교 연구진이 개발한 이 방법은 다양한 표면에 접착되고 접착될 수 있는 거미줄에서 영감을 얻었습니다. 이러한 "거미줄"에는 생체전자공학도 통합되어 있어 "웹"에 다양한 감지 기능을 추가할 수 있습니다.

연구 책임자이자 Yan Yan Shery Huang 교수는 Tech Briefs에서 "가장 큰 과제 중 하나는 기존 제조 방법에서 벗어나 광섬유 센서를 생산하기 위한 회전 메커니즘을 고안하는 것이었습니다."라고 말했습니다. 단독 인터뷰에서.

인간의 머리카락보다 최소 50배 더 작은 이 섬유는 매우 가볍기 때문에 연구자들은 구조를 붕괴시키지 않고 민들레의 푹신한 씨앗 위에 직접 인쇄했습니다. 사람의 피부에 인쇄하면 섬유 센서가 피부에 맞춰 땀구멍을 노출시키므로 착용자는 그 존재를 감지하지 못합니다. 인간의 손가락에 인쇄된 섬유를 테스트한 결과 지속적인 건강 모니터로 사용될 수 있음이 나타났습니다.

황은 "초기 아이디어는 전자 스킨과 거미줄의 조합에서 영감을 받은 것"이라고 덧붙였습니다.

생활 구조를 강화하기 위한 이 저폐기물 및 저배출 방법은 의료 및 가상 현실부터 전자 섬유 및 환경 모니터링에 이르기까지 다양한 분야에서 사용될 수 있습니다. 결과는 Nature Electronics에 보고되었습니다.   .

“먼저 전도성 입자, 히알루론산, 고분자 바인더로 구성된 수용액이 만들어집니다.”라고 Huang은 이 과정을 설명했습니다. "그런 다음 이 용액을 주사기 팁에 공급하면 팁에 작은 펜던트 방울이 생성됩니다. 그런 다음 회전하는 팔이 펜던트 방울과 접촉하여 방울을 감지 섬유로 늘립니다."

인간의 피부는 매우 민감하지만 전자 센서로 피부를 강화하면 우리가 주변 세계와 상호 작용하는 방식이 근본적으로 바뀔 수 있습니다. 예를 들어, 피부에 직접 인쇄된 센서는 지속적인 건강 모니터링, 피부 감각 이해에 사용될 수 있거나 게임이나 가상 현실 애플리케이션에서 '현실' 감각을 향상시킬 수 있습니다.

스마트워치와 같이 센서가 내장된 웨어러블 기술이 널리 보급되어 있지만 이러한 장치는 불편하고 눈에 띄며 피부의 고유 감각을 방해할 수 있습니다.

웨어러블 센서를 만드는 방법에는 여러 가지가 있지만 모두 단점이 있습니다. 예를 들어 유연한 전자 장치는 일반적으로 가스나 습기가 통과하지 못하는 플라스틱 필름에 인쇄되므로 마치 접착 필름으로 피부를 감싸는 것과 같습니다. 다른 연구자들은 최근 인공 피부처럼 가스 투과성이 있는 유연한 전자 장치를 개발했지만 여전히 정상적인 감각을 방해하고 에너지 및 폐기물 집약적인 제조 기술에 의존하고 있습니다.

3D 프린팅은 다른 생산 방법보다 낭비가 적지만 정상적인 동작을 방해할 수 있는 장치가 더 두꺼워지기 때문에 생체전자공학의 또 다른 잠재적 경로입니다. 전자 섬유를 회전시키면 사용자가 감지할 수 없는 장치가 만들어지지만 감도나 정교함이 높지 않고 문제의 물체에 전달하기 어렵습니다.

이제 케임브리지가 이끄는 팀은 손가락 끝부터 푹신한 민들레 씨앗까지 광범위한 생물학적 표면에 직접 인쇄하여 맞춤화할 수 있는 고성능 생체전자공학을 만드는 새로운 방법을 개발했습니다. 그들의 기술은 최소한의 재료를 사용하여 환경에 적응하는 정교하고 강력한 거미줄 구조를 만드는 거미에게서 부분적으로 영감을 얻었습니다.

연구자들은 PEDOT:PSS(생체적합성 전도성 고분자), 히알루론산 및 폴리에틸렌 산화물로부터 생체전자공학 '거미줄'을 뽑아냈습니다. 고성능 섬유는 실온의 수성 용액에서 생산되었으며, 이를 통해 연구원들은 섬유의 '방적성'을 제어할 수 있었습니다. 그런 다음 연구원들은 섬유가 지문과 같은 미세 구조까지 살아있는 표면으로 변형될 수 있도록 궤도 회전 접근 방식을 설계했습니다.

인간의 손가락과 민들레 씨앗 머리를 포함한 표면에서 생체전자 섬유를 테스트한 결과, 숙주가 감지하지 못하는 동안에도 고품질 센서 성능을 제공하는 것으로 나타났습니다.

"즉시 다음 단계는 애플리케이션 기반 시나리오를 구축하여 감지할 수 없는 섬유로 센서 시스템의 어느 부분을 만들어야 하는지 결정하고 나머지 부분은 기존의 미세 가공 장치/e-textiles를 사용할 수 있는지 결정하는 것입니다."라고 Huang은 말했습니다.