электронная оболочка для человеко-машинных интерфейсов

существующие электронные сенсорные платформы (e-skin) оборудованы для мониторинга физических параметров с использованием энергии батарей или связи в ближнем поле. Чтобы электронные скины применялись в робототехнике и медицинских устройствах следующего поколения, они должны работать без проводов и иметь автономное питание. Однако, несмотря на недавние усилия по сбору энергии от человеческого тела, электронная кожа с автономным питанием, способная выполнять биосенсор с помощью связи Bluetooth, ограничена из-за отсутствия постоянного источника энергии и ограниченной энергоэффективности. 

 

Здесь мы сообщаем о гибкой и полностью интегрированной электронной оболочке с активным потоотделением (PPES) для мультиплексного метаболического зондирования in situ. E-skin без батареи содержит мультимодальные датчики и высокоэффективные элементы из лактатного биотоплива, в которых используется уникальная интеграция нано- и трехмерных наноматериалов для достижения высокой энергоемкости и долговременной стабильности. PPES обеспечил рекордную плотность мощности 3,5 милливатт · сантиметр-2 для биотопливных клеток в необработанных жидкостях человеческого организма (пот человека) и продемонстрировал очень стабильную производительность в течение 60-часовой непрерывной работы. Он избирательно контролировал ключевые метаболические аналиты (например, мочевину, NH4 +, глюкозу и pH) и температуру кожи во время длительных физических нагрузок и передавал данные по беспроводной связи в пользовательский интерфейс с помощью Bluetooth. PPES также был способен контролировать сокращение мышц и работать как человеко-машинный интерфейс при ходьбе человека с протезом.

 

Последние достижения в робототехнике позволили использовать мягкие электронные устройства в различных масштабах с превосходной биосовместимостью и механическими свойствами; Эти достижения сделали новые роботизированные функциональные возможности подходящими для различных медицинских применений, таких как диагностика и доставка лекарств, инструменты мягкой хирургии, взаимодействие человека с машиной (HMI), носимые вычисления, мониторинг состояния здоровья, вспомогательная робототехника и протезирование (1–6).

 

 Электронная кожа (e-skin) может иметь характеристики, подобные коже человека, такие как механическая прочность и растяжимость, а также способность измерять различные ощущения, такие как температура и давление (7–11). Более того, электронная кожа может быть дополнена возможностями, выходящими за рамки нормальной человеческой кожи, благодаря использованию современных материалов и устройств для биоэлектроники.