3Dプリントされた電子皮膚が人間とコンピュータの相互作用に新たな進歩をもたらす

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-1-29 14:01 に最後に編集されました

南極のクマの紹介:人間の皮膚には 1,000 を超える神経終末があり、脳と外界を結ぶ最大の感覚接続であり、触覚、温度、圧力を通じて豊富なフィードバックを提供します。これらの複雑な特徴により皮膚は重要な器官となっていますが、複製には課題も生じています。

2024年1月29日、Antarctic Bearは、テキサスA&M大学（TAMU）の研究者が、調整可能な電子および熱バイオセンシング機能を備えたナノエンジニアリングハイドロゲルを使用して、3Dプリント電子皮膚（Eスキン）の開発に成功したことを知りました。この電子皮膚は人間の皮膚のように自由に曲げたり伸ばしたりすることができ、センシング機能も備えています。

「触覚を再現し、それをさまざまな技術に統合する能力は、人間とコンピューターの相互作用や高度な感覚体験の新たな可能性を切り開き、産業に革命をもたらし、障害を持つ人々の生活の質を向上させる可能性を秘めています」と、生物医学工学部の教授で研究ディレクターのアキレス・ガハルワール博士は述べています。

論文の主著者は、ガハルワール氏の元教え子で現在はアクセント・バイオサイエンス社の科学者であるカイヴァリヤ・デオ氏と、ガハルワール氏の研究室に在籍していたフルブライト・ネルー博士研究員のショーナック・ロイ氏である。

△3Dプリント電子皮膚技術はガハワル博士の研究室で開発され、「歪み、圧力、温度感知のための3Dプリント電子皮膚」というタイトルでAdvanced Functional Materialsに掲載されました（ポータル）
人間の皮膚の模倣品は十分な弾力性と柔らかさを欠いている

電子皮膚の製造では、耐久性がありながら人間の皮膚の柔軟性を模倣し、生体電気センシング機能を備え、ウェアラブルデバイスやインプラントデバイスに適した材料を開発するという課題に直面しています。「これまで、これらのシステムの剛性は私たちの体組織にとって高すぎたため、シグナル伝達が妨げられ、生物と非生物の境界面で機械的な不一致が生じていました」とデオ氏は語った。研究者らは、ハイドロゲルベースのシステムに「三重架橋」戦略を導入することで、フレキシブルバイオエレクトロニクスの分野における主要な制限の 1 つにうまく対処した。

△ナノエンジニアリングハイドロゲルの導電性と、歪みと圧力の動的感知のための電子皮膚としての応用ナノエンジニアリングハイドロゲルの使用により、電子皮膚の 3D 印刷プロセスにおけるいくつかの課題が解決されます。ハイドロゲルは、電子スキンの作成プロセス中にせん断応力下で粘度を低下させることができるため、取り扱いや操作が容易になります。研究チームによれば、この機能は複雑な2Dおよび3Dの電子構造の構築に役立ち、人間の皮膚の多面的な性質を再現する上で重要な要素となるという。

研究者らはまた、二硫化モリブデンナノアセンブリの「原子欠陥」（原子構造に欠陥があり、高い導電性を実現する材料）とポリドーパミンナノ粒子を使用して、電子スキンが湿った組織に付着しやすくした。

△架橋Pul-SH/PDA/MoS2ハイドロゲルの物理化学的特性
「特別に設計された二硫化モリブデンナノ粒子は、架橋剤として機能してハイドロゲルを形成し、電子皮膚に電気伝導性と熱伝導性を与えます」とロイ氏は説明する。「私たちは、これを主要成分として使用することを初めて報告しました。電子皮膚は動的で湿った生物学的表面に適合し、接着する必要があるため、この材料の湿った組織への接着性は、潜在的な医療用途にとって特に重要です。」

他の協力者には、テキサス A&M 大学生体医工学部の Limei Tian 博士のグループの研究者や、インド工科大学マンディ校の Amit Jaiswal 博士などが含まれます。

電子皮膚の将来の応用範囲は非常に広く、動き、体温、心拍数、血圧などのバイタルサインを継続的に監視できるウェアラブル健康機器も含まれます。これらのデバイスはユーザーにフィードバックを提供し、運動能力と協調性の向上を支援します。

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