Новости

Jun 22, 2023

Ультра

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, утверждается, что электронная татуировка на основе графена

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, утверждается, что графеновая электронная татуировка (GET) на ладони может отслеживать амбулаторную электродермальную активность (EDA), которая может быть показателем психического стресса.

Исследователи из Техасского университета в Остине и Техасского университета A&M стремились разработать датчик EDA, который не страдает теми же недостатками, что и существующие датчики, такими как препятствующая и стигматизирующая конструкция, несовместимая с реальным использованием. Ранее исследователи разработали незаметный GET субмикронной толщины, но столкнулись с трудностями при соединении GET с жесткими печатными платами, необходимыми для обработки и передачи данных EDA. В этом исследовании была разработана новая версия GET и протестирована на ее способность сообщать данные EDA в реальных условиях.

GET состоит из двух разнородных змеевидных лент, частично покрытых золотом и не имеющих клея. GET сопровождается браслетом, на котором находится жесткая печатная плата и электроды, которые подключаются к двум змеевидным лентам, что позволяет осуществлять беспроводной мониторинг EDA в режиме реального времени.

В эксперименте по проверке концепции 5 участников носили GET и датчик на основе геля-компаратора во время просмотра 13-минутного видео с 5 сценариями, призванными вызвать ожидания, неконтролируемые эмоциональные, контролируемые эмоциональные реакции и реакции привыкания.

В ходе испытаний реакции EDA, измеренные с помощью GET, имели тенденцию иметь меньшие отклонения в уровне проводимости кожи и аналогичные результаты реакции проводимости кожи по сравнению с гелевым датчиком. Однако между результатами не наблюдалось существенных различий (все P>0,05), что указывает на то, что результаты EDA, измеренные с помощью GET, были надежными по сравнению с существующими устройствами на основе геля.

Чтобы протестировать GET в реальных условиях движения и использования, исследователи попытались выполнить типичные движения рук, такие как сжимание, сгибание запястья, захват мобильного телефона и тыкание. Во время движений GET регистрировал небольшие артефакты движения, которые отличались от сигналов реакции проводимости кожи и могли быть легко идентифицированы и удалены из выходных данных.

Для проверки долговечности GET было проведено 300 циклов трения металла для имитации набора текста на ноутбуке, а также 300 циклов трения по дереву для имитации работы за столом, кратковременного воздействия воды и экспериментов с влажностью окружающей среды. Датчик GET выдержал как трение, так и водные возмущения с сопоставимыми выходными данными EDA до и после экспериментальных условий.

Один участник использовал датчик GET в течение длительного времени. В течение трех 15-часовых непрерывных сеансов мониторинга EDA, которые включали физические упражнения, вождение автомобиля и сон, GET не потребовал замены.

В ситуациях, когда датчик ГЭТ переставал сообщать о выходе ЭДА, механических неисправностей устройства ГЭТ обнаружено не было. Вместо этого слой золота на полиимиде разорвался в области, где золотой компонент имел максимальную деформацию.

Никаких побочных эффектов раздражения кожи не зарегистрировано.

Этот датчик GET представляет собой первый гибкий интерфейс, который позволяет контролировать амбулаторную ЭДА в реальных условиях свободного перемещения.

Не могли бы вы в общих чертах объяснить свои научные интересы?

За последние 11 лет моя лаборатория разрабатывала множество носимых неинвазивных электронных тату-наклеек, которые можно прикреплять к различным областям и местам кожи для измерения различных биометрических показателей. Цель состоит в том, чтобы оцифровать человеческое тело, точно так же, как мы оцифровываем автомобиль или самолет, чтобы мы могли знать, что происходит с человеческим телом с точки зрения его работоспособности, эмоций и так далее. Современные носимые устройства, такие как умные часы или умные кольца, имеют ограниченное местоположение и возможности. Но на самом деле каждый дюйм нашей кожи излучает данные. Деятельность мозга излучает ЭЭГ (электроэнцефалограмма), ЭКГ сердечных сокращений (электрокардиограмма) и СКГ (сейсмокардиограмма), а также ЭМГ мышц (электромиограмма). Подобные сигналы необходимо измерять прямо над целевой тканью. Вот почему мы хотим иметь распределенную сенсорную сеть для одновременного измерения мультимодальных сигналов из нескольких мест. Но коммерческие носимые устройства по-прежнему основаны на жесткой электронике, которая обычно довольно громоздка и несовместима с мягкой и изогнутой поверхностью нашей кожи. Вот почему мы создаем электронные татуировки, которые являются ультратонкими и ультрамягкими, по сути, тонкими как волос и мягкой кожей, но электронно функциональными. Это временные носимые устройства, похожие на наклейки с татуировками. Они не являются постоянными, и мы можем встраивать в них датчики, процессоры, чипы Bluetooth и батареи.