Разработана электронная кожа, не содержащая чипов и батареи

Американские ученые из Массачусетского технологического института разработали электронную кожу на основе пьезоэлектрика — нитрида галлия. Она не содержит чипов и аккумуляторов и может регистрировать изменения в пульсе, поте, содержании различных биомаркеров. Исследование опубликовано в журнале Science.

Нательные сенсоры позволяют определять различные важные биологические показатели: уровень глюкозы, давление, пульс. Как правило, такие сенсоры являются беспроводными, поэтому данные от них могут передаваться напрямую в смартфон пациента. Однако, чтобы беспроводные сенсоры могли функционировать, в них встраивают чипы и аккумуляторы. Эти элементы достаточно громоздкие и тяжелые, в то время как технологии в наше время имеют обратную тенденцию — к уменьшению.

Американские ученые разработали электронную кожу, которая не содержит ни чипов, ни аккумуляторов. В ее основе лежит нитрид галлия, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Это значит, что этот материал может быть источником электрического сигнала в ответ на механическое напряжение и механически вибрировать в ответ на электрический сигнал. На пленку из чистого нитрида галлия ученые нанесли слой золота для усиления электрических сигналов. При этом золото располагали в виде определенного узора, что сделало систему достаточно гибкой. Общая толщина электронной кожи составила всего 250 нм. Они показали, что такая система достаточно чувствительна и может регистрировать пульс человека. Так, такие вибрации вызывали в ней электрический сигнал, который переходил в собственную вибрацию материала. Все это можно зарегистрировать с помощью беспроводного приемника.

Ученые проверили работу своей разработки, прикрепив образцы электронной кожи на запястья или шеи добровольцев. Для регистрации сигналов от сенсора использовали обычную беспроводную антенну, при этом для этого не требовалось физического контакта с сенсором. Электронная кожа успешно справилась с задачей определения пульса добровольцев. Исследователи также показали, что в систему можно добавить ион-чувствительную мембрану – материал, который селективно поглощает целевые ионы. В данном случае мембрана была нацелена на натрий, который содержится в поте. В эксперименте добровольцы держали греющую ленту и из-за этого потели, о чем также сообщил сенсор. Как отметили ученые, можно использовать мембраны, нацеленные и на молекулы: например, на глюкозу или кортизол.

Ученые считают, что их работа является первым шагом к разработке беспроводных компактных сенсоров, которые не содержат чипов или аккумуляторов.