Ученые изобрели «электронную кожу», контролирующую состояние здоровья человека

Исследователи из Калифорнийского технологического института сконструировали электронную оболочку, которая наносится поверх кожи человека и позволяет контролировать основные показатели состояния его здоровья. Работает новое устройство исключительно на биотопливных элементах, перерабатывающих человеческий пот.

Изготавливается электронная кожа из мягкой эластичной резины, оснащенной датчиками, которые измеряют следующие показатели состояния здоровья организма: частоту сердечных сокращений, температуру тела, уровень сахара в крови и количество побочных продуктов обмена веществ, а также фиксируют нервные сигналы, контролирующие сокращение мышц тела. 

«Одна из главных проблем таких носимых устройств – это энергопотребление, – говорит Вэй Гао, доцент кафедры медицинской инженерии Калифорнийского технологического института и автор исследования, опубликованного в журнале Science Robotics. – Многие исследователи пытались использовать аккумуляторы, но это не очень удобно. Некоторые пытались применять солнечные элементы питания или собирать энергию человеческого движения. Мы же хотели выяснить, можно ли получить достаточное для питания нового устройства количество электроэнергии из пота человека. И теперь с уверенностью можем ответить: да, это возможно».

Вэй Гао объясняет, что в человеческом поту очень высок уровень химического лактата (молочной кислоты) – соединения, которое вырабатывается в организме как побочный продукт нормальных метаболических процессов, особенно в мышцах во время тренировок. Топливные элементы, встроенные в «электронную кожу», поглощают этот лактат и соединяют его с кислородом из воздуха, генерируя в результате воду и пируват (соль пировиноградной кислоты) – еще один побочный продукт метаболизма.

Во время работы биотопливные элементы вырабатывают достаточное количество электроэнергии для датчиков мощности и устройства Bluetooth, аналогичного тому, с помощью которого мобильный телефон подключают к автомобильной стереосистеме, позволяя «электронной коже» передавать показания своих датчиков по беспроводной связи.

Ученый добавляет, что изобретение источника питания, способного работать от пота, было не единственной проблемой при создании «электронной кожи»: «Нам необходимо было сконструировать элемент питания длительного использования с высокой энергоемкостью и минимальной деградацией. Биотопливные элементы были сделаны из углеродных нанотрубок, пропитанных платиново-кобальтовым катализатором, и композитной сетки, содержащей энзим, расщепляющий лактат».

По словам Вэй Гао, в дальнейшем исследовательская группа планирует разрабатывать разнообразные датчики, которые можно встраивать в электронную оболочку и использовать для различных целей. «Мы хотим, чтобы эта система была платформой, – объясняет он. – В дополнение к тому, что она является носимым биосенсором, это может быть интерфейс человек-машина. Жизненно важные показатели и молекулярная информация, собираемая с помощью этой платформы, могут быть использованы для проектирования и оптимизации протезов следующего поколения».