Divers cas d'utilisation pour e-skin

Propulsé par la sueur humaine, une nouvelle peau électronique peut envoyer des données biométriques via Bluetooth


Ces dernières années, nous avons constaté une légère augmentation des recherches sur la peau électronique, ou «peau électronique». Ce matériau semblable à la peau et intégré au capteur a fait son apparition dans la peau ionique artificielle (AISkin), un matériau de capteur et d'antenne extensible ("BodyNet"), et même un gel électronique inspiré des méduses avec des propriétés d'auto-guérison.

La peau électronique est portée sur la peau humaine et peut être utilisée pour recueillir des informations sur les conditions corporelles, telles que la fréquence cardiaque, la pression artérielle et d'autres données biométriques. Selon Jun Chang Yang et. Vue d'ensemble de la peau électronique, e-skin est principalement utilisé dans l'électronique, la robotique et les prothèses pouvant être attachées à la peau.

Divers cas d'utilisation pour e-skin

Divers cas d'utilisation pour e-skin. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Jun Chang Yang et. Al

Récemment, une équipe de recherche de Caltech a trouvé un moyen de contourner une contrainte de conception particulière de la peau électronique – le pouvoir – en utilisant une source d'énergie improbable: la sueur humaine.

Les obstacles et la solution de la puissance d'E-Skin

Au début de leur projet, les chercheurs de Caltech ont recherché une source d'énergie durable pour l'e-skin, qui pourrait également transmettre sans fil des informations biométriques.

Mais les chercheurs étaient confrontés à quelques problèmes. D'une part, l'e-skin sans batterie communique souvent par le biais de la communication en champ proche (NFC), mais cela nécessite une proximité très proche entre le porteur et le dispositif d'interrogation. La récupération d'énergie à partir des mouvements physiques du porteur est une option pour la puissance, mais cette méthode ne génère généralement pas assez de puissance. Ils ont également constaté que les batteries, qui sont la principale source d'alimentation des systèmes e-skin sans fil, ne sont pas adaptées à une utilisation continue et à long terme.

Wei Gao, professeur adjoint au Département d'ingénierie médicale d'Andrew and Peggy Cherng, et son équipe de Caltech affirment qu'ils ont une solution à ces limitations communes de la peau électronique: une peau électronique alimentée par la transpiration (PPES).

Leur recherche, publiée dans Science Robotics, explique comment le lactate peut être une source d'énergie pour la peau électronique. Le lactate est un composé riche en énergie qui est un intermédiaire dans les voies chimiques complexes chez l'homme et d'autres créatures qui transforment les aliments en énergie. De minuscules quantités de lactate s'échappent du corps sous forme de sueur, et dans cette mise en œuvre de peau artificielle, il peut servir de biocarburant.

Peau électronique alimentée par la transpiration

Peau électronique alimentée par la transpiration, qui peut transmettre sans fil des données via Bluetooth à l'appareil mobile d'un utilisateur. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Science Robotics

Le lactate est converti en électricité grâce à une cellule de biocarburant à base de nanotubes (BFS) qui peut générer une quantité surprenante d'énergie à partir de la sueur – jusqu'à plusieurs milliwatts par centimètre carré de la surface de la peau humaine.

Cellule de biocarburant à base de nanotubes

La pile à biocombustible à base de nanotubes génère suffisamment d'énergie pour que PPES puisse communiquer via un BLE fiable. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Science Robotics

Cette énergie alimente non seulement les capteurs de l'e-skin, mais peut également permettre des communications Bluetooth basse énergie (BLE) entre l'e-skin et une station de surveillance à distance.

Assez de puissance dérivée du lactate pour la communication Bluetooth

Le Dr Gao explique pourquoi Bluetooth est le bon protocole de connectivité pour cette technologie particulière: "La communication Bluetooth consomme plus d'énergie mais est une approche plus attrayante avec une connectivité étendue pour des applications médicales et robotiques pratiques."

La cellule de biocarburant lactate (BFC) est composée de nanotubes de carbone, qui sont imprégnés d'un catalyseur de platine et de cobalt. Celui-ci, à son tour, contient une enzyme qui décompose le lactate, produisant de l'électricité.

La peau électronique est fabriquée en caoutchouc et peut être intégrée à des capteurs pour surveiller, par exemple, la température corporelle, la fréquence cardiaque ou la glycémie. La présente invention surveille le glucose, l'urée, NH4 + et le pH. Le BFC génère une sortie électrique stable qui permet de transmettre les résultats en temps réel via BLE.

Image schématique du patch extensible de biocapteur BFC,

Image schématique du patch de biocapteur BFC extensible, y compris son emballage avec du ruban médical. Image (modifiée) utilisée avec l'aimable autorisation de Science Robotics

Le Dr Gao envisage ce système comme une plate-forme. "En plus d'être un biocapteur portable, cela peut être une interface homme-machine", explique-t-il. "Les signes vitaux et les informations moléculaires collectés à l'aide de cette plateforme pourraient être utilisés pour concevoir et optimiser les prothèses de nouvelle génération."

Une nouvelle ère dans l'électronique portable?

Cette recherche indique que la peau électronique ne peut plus être entravée par la dépendance à des sources d'alimentation non fiables, comme le mouvement humain, limitée par les impraticabilités du NFC, ou par les batteries de courte durée de vie. La pile à combustible biologique peut ouvrir de nouvelles possibilités dans les vêtements portables de toutes sortes.


Si vous êtes un ingénieur travaillant sur des appareils portables, quelles nouvelles applications pouvez-vous imaginer basées sur le développement de piles à combustible biologiques? Partagez votre opinion dans les commentaires ci-dessous.



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