Ученые разрабатывают гибкие, сгибаемые и даже растягиваемые электронные схемы, которые можно будет применить непосредственно к коже. И помимо превращения вашей кожи в тачскрин, такой подход может быть полезен, если человек получил ожоги или имеет проблемы с нервной системой.

Простейший вариант этой технологии – электронная татуировка. В 2004 году ученые из США и Японии представили схему датчика давления, изготовленную из предварительно растянутых тонких кремниевых полос, которую можно было приложить прямо к предплечью. Но неорганические материалы вроде кремния жесткие, а кожа гибкая и растяжимая. Поэтому исследователи находятся в поиске электронных микросхем, которые можно было бы делать из органических материалов (как правило, специального пластика или форм углерода вроде графена, которые проводят электричество) в качестве основы для электронной кожи.

Типичная электронная кожа состоит из матрицы различных электронных компонентов – гибких транзисторов, органических светодиодов, датчиков и органических фотовольтаических (солнечных) ячеек – соединены между собой с помощью растягиваемых или гибких токопроводящих проводов. Эти устройства делают из очень тонких слоев материала, которые распыляются или выпариваются на гибкой основе, производя большие (до нескольких десятков квадратных сантиметров) электронные схемы в форме, подобной коже.

Значительная часть усилий по созданию этой технологии в последние несколько лет рождалась благодаря робототехнике и желанию придать машинами человеческие тактильные качества. У нас имеются устройства на основе электронной кожи, которые чувствуют приближение объектов, могут измерять температуру и оказывать давление. Это помогает роботам быть более осведомленными об их окружении (и людях, которые могут оказаться на пути). В случае интеграции в носимые технологии, электронная кожа может делать то же для людей, к примеру, обнаруживая вредные или небезопасные движения во время спортивных упражнений.

Подобная технология также привела к созданию гибких экранов; как минимум одна компания надеется превратить кожу в тачскрин, используя датчики и пикопроекторы вместо дисплея.

Но сможем ли мы однажды встроить эту технологию прямо в наши тела? Будет ли это распространено? Проблема органической электроники в данный момент такова, что она не очень надежда и демонстрирует не самую высокую производительность. В конце концов, даже на электронной коже образуются морщины. Слои распадаются и схемы нарушаются. Вдобавок атомы в органических материалах расположены более хаотично, чем в неорганических. Из-за этого электроны в них движутся в 1000 раз медленнее, устройства работают медленнее и имеют проблемы с отводом тепла.

Другая серьезная проблема в том, как интегрировать электронную кожу в человеческое тело, чтобы не создать сопряженные медицинские проблемы и привязать ее к нервной системе. Органические материалы в своей основе имеют углерод (как и наши тела), так что в некотором смысле являются биосовместимыми и не отталкиваются телом. Но частицы углерода хорошо проходят через клетки, из которых состоит наше тело, а значит могут приводить к воспалению, вызывать иммунную реакцию и, возможно, даже приводить к появлению опухолей.

И все же ученые добились определенного успеха, пытаясь привязать электронные устройства к нервной системе. Ученые из Университета Осаки разрабатывают импланты мозга из гибкой матрицы органических тонкопленочных транзисторов, которые могут быть активированы одной лишь силой мысли. Сложность в том, что инвазивный подход может привести к проблемам, особенно когда мы начнем испытание технологии на людях.

В ближайшие годы мы определенно увидим, как прототипы устройств на основе электронной кожи набирают обороты в форме носимых телесных датчиков и, возможно, в форме устройств для извлечения энергии из движений тела. Куда больше времени уйдет на разработку сложных микросхем вроде тех, что присутствуют в наших смартфонах. А сколько людей вообще пойдет на это? Вы готовы стать киборгом на все 99%?

Очень часто в фантастических фильмах мы можем видеть, как ученые при помощи высоких технологий могут создавать вещи, которые дают людям суперспособности. И это может прозвучать как что-то невероятное, но группа исследователей из Германии действительно смогла сделать нечто подобное. Правда до способностей Тони Старка экспертам пока далеко, зато вот наделить вас возможностью без труда ориентироваться на местности в отсутствии смартфонов и вообще любых других навигационных устройств можно уже сегодня. И все это благодаря особой электронной коже.

За разработкой стоят исследователи из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф и сами они свое изобретение называют «бионическим аналогом компаса». Он представляет собой серебряный полимер толщиной всего в одну тысячную часть миллиметра и способен улавливать магнитное поле Земли. Как рассказал ведущий автор исследования Гилберт Сантьяго Каньон Бермудез: «Пленка оборудована датчиками, улавливающими магнитное поле. Речь идет о 40-60 микротесла, то есть в 1000 раз слабее магнитного поля типичного магнитика на вашем холодильнике. Ранее подобные сенсоры требовали подключения внешних магнитов. На этот раз датчики позволяют владельцу постоянно определять свою ориентацию в пространстве. И если носитель меняет свое положение, датчики это фиксируют.»

Само же устройство работает благодаря анизотропному магниторезистивному эффекту (AMR), что означает, как пояснили авторы, что электрическое сопротивление слоев полимера изменяется в зависимости от их ориентации по отношению к внешнему магнитному полю.

В ходе серии экспериментов технология показала свою эффективность. Электронную кожу прикрепили к пальцу испытуемого и он на открытом пространстве должен был следовать по определенному маршруту. В целом ему нужно было пройти сначала на север, потом на запад, на юг и при движении на восток вернуться в исходную точку. При этом маршрут не представлял собой «квадрат», а был извилистым и ориентироваться нужно было лишь на показания датчика. Испытуемый отлично справился с заданием.

«Этот опыт показывает, что мы смогли разработать первый мягкий и ультратонкий переносной сенсор, который может заменить функции компаса и дать людям чувствительность к определению магнитных полей.»

Такая «топографическая суперспособность» может быть полезна не только в путешествиях, но и в медицинской практике для пациентов, страдающих от дезориентации в пространстве.

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали новый тип электронной кожи – мягкий и прочный. Это устройство способно имитировать чувствительность настоящей кожи, способна к самостоятельной починке и даже может быть использована повторно.

Кожа – это орган, который во многом отвечает за нашу способность контактировать с окружающим миром. Он достаточно чувствителен, чтобы замечать ничтожную разницу температур и уровней влажности поверхности, и в то же самое время надежно защищает наше тело от механических повреждений. Способность кожи к относительно быстрой регенерации – залог того, что наши внутренние органы останутся в целости и сохранности. За последние годы многие команды инженеров и ученых пытались разработать электронный аналог кожи (т.н. e-skin), который не уступал бы оригиналу – и оптимальное сочетание чувствительности и надежности всегда становилось основной проблемой.

Для чего человеку нужна электронная кожа? Ученые предполагают, что на ее основе можно будет создавать импланты, которые упростят подключение пользователя к различным интерфейсам. Несложно представить себе будущее, когда вживленный в синтетическую кожу чип работает как своего рода смарт-устройство. Также подобный гаджет может пригодиться в медицине, в частности – для создания сложных протезов, которые вернут пациенту чувствительность и будут практически неотличимы от «родных» конечностей.

Американские ученые представили электронную кожу – устройство, которое обладает способностью к восстановлению после повреждений. При этом после растворения в этаноле кожа может быть воссоздана заново, сообщает журнал Science Advances. Инженеры полагают, что переработка выгодна в равной степени с экономической и экологической точки зрения.

Устройство имеет вид тонкого полупрозрачного материала, обладающего способностью имитировать функции и свойства биологической кожи. Потенциально с его помощью можно будет не только отслеживать физиологические показатели организма, но и расширять возможности тела. Сегодня разработка накожной электроники в приоритете у многих лабораторий, однако, вся она подлежит лишь частичной переработке. При массовом производстве отходы только увеличатся, что в будущем негативно скажется на экологии.

Чудо-устройство, разработанное группой ученых из Университета Колорадо под руководством Жанань Цзоу, обладает способностью к «заживлению» и может быть полностью утилизировано. Изобретение основано на материале полиимине (polyimine), который получают путем смешения с этанолом диэтилентриамина, терефтальальдегида и трис(2-аминоэтил)амина.

Электронная кожа имеет вид полииминовой подложки, в которую включены сенсоры измерения показателей влажности, температуры, давления. Также датчики содержат частицы серебра для обеспечения их механической прочности и электропроводности.

В случае повреждения устройства для восстановления химических связей между датчиками достаточно нанести полиимин в место разрыва. При температуре 20-30 °С «рана» затянется за полчаса, и всего за 10 минут при нагреве до 80 °С и повышении давления до 8,5 кПа. Если электронные схемы испорчены окончательно, материал можно растворить в этаноле. В результате полимеры расщепятся на мономеры (составные молекулы полимеров) и олигомеры, которые можно использовать для производства новых экземпляров, а наночастицы серебра опустятся на дно.

Кожа обладает достаточной гибкостью, которая позволяет ей совмещаться с изогнутыми поверхностями. Конечно, устройство уступает человеческой коже по эластичности, но может удобно крепиться к любой части тела. И не только человека, но и робота. Во всяком случае, именно о применении изобретения в робототехнике ученые задумываются в первую очередь.

«Представим, вы хотите, чтобы за вашим малышом ухаживал робот», – комментирует Вэй Чжан, доцент кафедры химии и биохимии в Университете Колорадо. – «Электронная кожа может быть встроена в пальцы робота, чтобы машина смогла чувствовать силу давления на тело ребенка. Основная идея заключается в том, чтобы искусственная кожа в точности имитировала функции биологической кожи».

Сегодня концепция накожной электроники становится все более популярной. Ученые уже сумели создать эластичные дисплеи, аккумуляторы и интерфейсы. При этом создание таких устройств существенно упрощается благодаря использованию 3D-принтеров.

Магнитное поле Земли окружает нас всех, но люди его по большей части не чувствуют. Теперь немецкие ученые создали электронную кожу с магниточувствительными возможностями.

Такая кожа по сути является «бионическим аналогом компаса». Используя лишь серебряный полимер толщиной с тысячную долю миллиметра и магнитные поля Земли, исследователи смогли контролировать виртуальную панду на экране во время демонстрации.

«Пленка оборудована сенсорами магнитного поля, которые способны улавливать геомагнитные поля, – говорит ведущий автор исследования Гилберт Сантьяго Каньон Бермудез. – Мы говорим о диапазоне в 40-60 микротесла, а это в 1000 раз слабее магнитного поля магнитика на холодильнике».

Предыдущие модели электронной кожи требовали внешних магнитов. Сейчас же сенсоры дают носителю возможность постоянно подтверждать свою ориентацию в пространстве относительно магнитного поля Земли. И если носитель сенсоров меняет свое положение, то сенсор улавливает это движение, а затем переводит его и оцифровывает для действий в виртуальном мире.

Для испытаний вне лаборатории исследователи прикрепили электронные сенсоры к э-коже так, чтобы более высокое напряжение соответствовало северу, а более низкое – югу. С сенсором, прикрепленным к пальцу, подопытный начал движение с севера, затем пошел на запад, потом на юг, после чего вернулся обратно. Наблюдая за напряжением, подопытный выяснил, что оно соответствовало направлениям так, словно в деле был задействован компас.

«Это показывает, что мы смогли разработать первый мягкий и ультратонкий переносной сенсор, который может репродуцировать функциональность обыкновенного компаса и со временем дать людям искусственную рецепцию магнитных полей», – говорит Бермудез.

Такому устройству можно найти множество разных применений, особенно в областях, связанных со здоровьем. Чувство направления может помочь тем, кто страдает от дезориентации, например, больным Альцгеймером. Психологи смогут изучить более точно восприятие магнитных полей человеком, да и фактически такая электронная кожа может дать человеку настоящее шестое чувство.

Специалисты продолжают улучшать внешний вид и возможности роботов – и одной из главных областей исследования является кожа. Инженеры робототехники хотят разработать электронную кожу, похожую на человеческую. Считается, что роботам будущего необходимо «чувствовать», чтобы выполнять сложные, но аккуратные действия. Речь идет о реакции на температуру, замечании изменений в текстурах или обработке приятных ощущений. Ученые из Китая смогли сделать важный шаг в совершенствовании чувствительности электронной кожи.

Новая кожа способна регистрировать незначительные изменения в давлении и конвертировать эту информацию в импульсы. Ученые покрыли магнитные сенсоры полой полимерной мембраной, а затем встроили магнитные бусины в ее верхнюю часть. При давлении мембрана вдавливается, из-за чего встроенные бусины приближаются к сенсору. Полученное сопротивление затем отправляется на электронную схему. Схема конвертирует сигналы в серию импульсов различных частот, отражающих интенсивность давления, которое «почувствовала» кожа. Электронная кожа, способная «пульсировать» в ответ на давление.

Исследователи создали искусственный палец, покрытый электронной кожей, и прикрепили его к искусственной руке для испытаний. Они сообщают, что созданная ими кожа смогла сгенерировать импульсы в ответ даже на незначительное давление, оказанное на нее муравьями, бегавшими по поверхности. Она также смогла зарегистрировать изменения в скорости ветра и разницу в размере капель воды, падавших на нее.

Инженеры сообщают, что в некоторых случаях электронная кожа регистрировала изменения в давлении даже лучше человеческой. Они считают, что разработка может стать полезной в робототехнике и улучшит работоспособность искусственных конечностей.

Электронная кожа, известная как e-skin, представляет собой тонкий, полупрозрачный материал, который может имитировать функции и механические свойства кожи человека. В лабораториях по всему миру в настоящее время разрабатывается ряд различных по типу и размерам, а также принципам работы, «электронных кож», поскольку их ценность в различных областях медицины, науки и техники очень высока. Но оптимального варианта, который удовлетворял бы все предъявляемые требования, еще не было создано.