Sweat Proof Electronic Skin 777x518 1 2
Thông tin công nghệ

“Làn da thông minh” điện tử chống thấm mồ hôi mang lại sức sống đáng tin cậy, ngay cả khi tập luyện

Các kỹ sư đã phát triển một loại “da điện tử” chống mồ hôi – một miếng dán dính cảm biến có thể phù hợp, có thể theo dõi sức khỏe của một người một cách đáng tin cậy, ngay cả khi người mặc đang đổ mồ hôi. Miếng dán có chứa các ống dẫn mồ hôi nhân tạo thông qua các lớp siêu mỏng của vật liệu, trong hình. Tín dụng: Felice Frankel

Thiết kế này có thể dẫn đến màn hình có thể đeo được phù hợp để theo dõi ung thư da và các tình trạng khác.

Các kỹ sư và nhà nghiên cứu của MIT ở Hàn Quốc đã phát triển một loại “da điện tử” chống thấm mồ hôi – một miếng dán dính cảm biến, có thể phù hợp để theo dõi sức khỏe của một người mà không bị hỏng hóc hoặc bong tróc, ngay cả khi người mặc đang đổ mồ hôi.

Miếng dán có hoa văn với các ống dẫn mồ hôi nhân tạo, tương tự như lỗ chân lông trên da người, được các nhà nghiên cứu khắc qua các lớp siêu mỏng của vật liệu. Các lỗ đục lỗ trên miếng dán theo kiểu kirigami, tương tự như nghệ thuật cắt giấy của Nhật Bản. Thiết kế đảm bảo mồ hôi có thể thoát ra ngoài qua miếng dán, ngăn ngừa kích ứng da và làm hỏng các cảm biến nhúng.

Thiết kế kirigami cũng giúp miếng dán phù hợp với da người khi nó kéo dài và uốn cong. Tính linh hoạt này, kết hợp với khả năng chịu mồ hôi của vật liệu, cho phép nó theo dõi sức khỏe của một người trong thời gian dài, điều mà các thiết kế “e-skin” trước đây không thể thực hiện được. Các kết quả, được công bố vào ngày 30 tháng 6 năm 2021, trên tạp chí Science Advances, là một bước tiến cho làn da thông minh lâu dài, có thể theo dõi các chỉ số hàng ngày hoặc sự tiến triển của ung thư da và các tình trạng khác.

Sơ đồ minh họa về da điện tử đục lỗ. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Jeehwan Kim, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT cho biết: “Với miếng dán da thoáng khí, phù hợp này, sẽ không có bất kỳ sự tích tụ mồ hôi, thông tin sai hoặc tách rời khỏi da,” Jeehwan Kim, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT cho biết. “Chúng tôi có thể cung cấp các cảm biến có thể đeo được có thể giám sát liên tục trong thời gian dài.”

Các đồng tác giả của Kim bao gồm tác giả chính và postdoc của MIT Hanwool Yeon, và các nhà nghiên cứu tại các khoa Cơ khí và Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật của MIT, và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử, cùng với các cộng tác viên từ tập đoàn mỹ phẩm Amorepacific và các tổ chức khác trên khắp Hàn Quốc.

Một cuộc vượt rào đẫm mồ hôi

Tập đoàn của Kim chuyên chế tạo màng bán dẫn dẻo. Các nhà nghiên cứu đã đi tiên phong trong một kỹ thuật được gọi là Epic từ xa, bao gồm việc phát triển các màng bán dẫn chất lượng cao, siêu mỏng trên các tấm wafer ở nhiệt độ cao và bóc tách các tấm phim một cách chọn lọc, sau đó họ có thể kết hợp và xếp chồng lên nhau để tạo thành các cảm biến mỏng hơn và linh hoạt hơn so với wafer thông thường -các thiết kế dựa trên.

Gần đây, công việc của họ đã thu hút sự chú ý của công ty mỹ phẩm Amorepacific, công ty đang quan tâm đến việc phát triển loại băng đeo mỏng để liên tục theo dõi những thay đổi trên da. Công ty đã hợp tác với Kim để biến các bộ phim bán dẫn dẻo của nhóm thành một thứ có thể mặc trong thời gian dài.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm da điện tử bằng cách dán nó vào cổ tay và trán của một tình nguyện viên trong một tuần. Tình nguyện viên đeo băng trong các hoạt động tiết ra mồ hôi, chẳng hạn như chạy trên máy chạy bộ trong 30 phút và ăn một bữa ăn cay, trong hình. Tín dụng: Hình ảnh: Video vẫn do các nhà nghiên cứu cung cấp

Nhưng nhóm nghiên cứu đã sớm vấp phải rào cản mà các thiết kế e-skin khác vẫn chưa giải quyết được: mồ hôi. Hầu hết các thiết kế thử nghiệm đều nhúng các cảm biến vào vật liệu dính, gốc polyme, không thoáng khí. Các thiết kế khác, được làm từ sợi nano dệt, có thể cho không khí đi qua nhưng không thấm mồ hôi. Nếu một làn da điện tử hoạt động lâu dài, Kim nhận ra rằng nó sẽ phải thấm không chỉ hơi nước mà còn cả mồ hôi.

Kim nói: “Mồ hôi có thể tích tụ giữa da điện tử và da của bạn, điều này có thể gây ra tổn thương da và hoạt động của cảm biến. “Vì vậy, chúng tôi đã cố gắng giải quyết hai vấn đề này cùng một lúc, bằng cách cho phép mồ hôi thấm qua da điện tử.”

Cắt giảm

Để lấy cảm hứng thiết kế, các nhà nghiên cứu đã xem xét lỗ chân lông mồ hôi của con người. Họ phát hiện ra rằng đường kính của lỗ chân lông trung bình là khoảng 100 micron và các lỗ chân lông được phân bố ngẫu nhiên trên khắp da. Họ đã chạy một số mô phỏng ban đầu để xem chúng có thể che phủ và sắp xếp các lỗ chân lông nhân tạo như thế nào, theo cách không làm tắc lỗ chân lông thực tế trên da người.

“Ý tưởng đơn giản của chúng tôi là, nếu chúng tôi cung cấp các ống dẫn mồ hôi nhân tạo trong da điện tử và tạo ra các đường dẫn mồ hôi có độ thẩm thấu cao, chúng tôi có thể đạt được khả năng giám sát lâu dài,” Yeon giải thích.

Họ bắt đầu với một mô hình định kỳ của các lỗ, mỗi lỗ có kích thước bằng một lỗ mồ hôi thực tế. Họ phát hiện ra rằng nếu các lỗ chân lông được đặt gần nhau, ở khoảng cách nhỏ hơn đường kính lỗ chân lông trung bình, thì toàn bộ mô hình sẽ thấm mồ hôi hiệu quả. Nhưng họ cũng phát hiện ra rằng nếu mô hình lỗ đơn giản này được khắc qua một lớp màng mỏng, lớp màng này không thể co giãn được và nó rất dễ bị vỡ khi dán lên da.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể tăng độ bền và tính linh hoạt của mẫu lỗ bằng cách cắt các rãnh mỏng giữa mỗi lỗ, tạo ra một mô hình quả tạ lặp lại, thay vì các lỗ đơn giản, làm giãn ra sự căng thẳng, thay vì tập trung nó vào một chỗ. Mô hình này, khi được khắc vào vật liệu, tạo ra một hiệu ứng giống như kirigami có thể co giãn.

Kim nói: “Nếu bạn quấn một mảnh giấy lên một quả bóng, nó sẽ không phù hợp. “Nhưng nếu bạn cắt một mẫu kirigami trên giấy, nó có thể phù hợp. Vì vậy, chúng tôi nghĩ, tại sao không nối các lỗ bằng một vết cắt, để có sự phù hợp giống như kirigami trên da? Đồng thời chúng ta có thể thấm mồ hôi ”.

Theo cơ sở lý luận này, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một lớp da điện tử từ nhiều lớp chức năng, mỗi lớp mà họ khắc các lỗ chân lông có hoa văn hình quả tạ. Các lớp của da bao gồm một dãy cảm biến có hoa văn bán dẫn siêu mỏng để theo dõi nhiệt độ, hydrat hóa, tiếp xúc với tia cực tím và căng thẳng cơ học. Mảng cảm biến này được kẹp giữa hai màng bảo vệ mỏng, tất cả đều phủ một lớp keo polymer dính.

“Da điện tử giống như da người – rất có thể co giãn và mềm mại, và mồ hôi có thể thấm qua da,” Yeon nói.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm da điện tử bằng cách dán nó vào cổ tay và trán của một tình nguyện viên. Tình nguyện viên đeo băng liên tục trong hơn một tuần. Trong suốt giai đoạn này, e-skin mới đã đo nhiệt độ, mức độ hydrat hóa, mức độ tiếp xúc với tia cực tím và mạch của anh ấy một cách đáng tin cậy, ngay cả trong các hoạt động tiết ra mồ hôi, chẳng hạn như chạy trên máy chạy bộ trong 30 phút và ăn một bữa ăn cay.

Thiết kế của nhóm cũng phù hợp với da, dính vào trán của tình nguyện viên khi anh ta được yêu cầu cau mày liên tục trong khi đổ mồ hôi nhiều, so với các thiết kế e-skin khác không thấm mồ hôi và dễ bị tách ra khỏi da.

Kim có kế hoạch cải thiện sức mạnh và độ bền của thiết kế. Mặc dù băng có khả năng thấm mồ hôi và có tính phù hợp cao, nhờ có hoa văn kirigami, chính kiểu hoa văn này, kết hợp với dạng siêu mỏng của băng, khiến nó khá mỏng manh khi ma sát. Do đó, các tình nguyện viên phải đeo một lớp vỏ bọc quanh băng để bảo vệ nó trong các hoạt động như tắm vòi sen.

“Vì da điện tử rất mềm nên nó có thể bị tổn thương về mặt vật lý,” Yeon nói. “Chúng tôi mong muốn cải thiện khả năng phục hồi của da điện tử.”

Tham khảo: “Theo dõi sức khỏe thể chất đáng tin cậy lâu dài bằng da điện tử đục lỗ lấy cảm hứng từ lỗ chân lông” của Hanwool Yeon, Haneol Lee, Yeongin Kim, Doyoon Lee, Youngjoo Lee, Jong-Sung Lee, Jiho Shin, Chanyeol Choi, Ji-Hoon Kang , Jun Min Suh, Hyunseok Kim, Hyun S. Kum, Jaeyong Lee, Daeyeon Kim, Kyul Ko, Boo Soo Ma, Peng Lin, Sangwook Han, Sungkyu Kim, Sang-Hoon Bae, Taek-Soo Kim, Min-Chul Park, Young-Chang Joo, Eunjoo Kim, Jiyeon Han và Jeehwan Kim, ngày 30 tháng 6 năm 2021, Khoa học .
DOI: 10.1126 / sciadv.abg8459

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Amorepacific.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.