Cercetătorii de la University of British Columbia (UBC) lucrează la o nouă tehnologie pentru pielea ionică, care poate dota sistemele robotice cu simțuri similare celor ale pielii umane. Aceștia au construit senzori cu hidrogel care conțin săruri cu ioni pozitivi și negativi de diferite dimensiuni, cărora le-au aplicat un câmp magnetic pentru a măsura precis mișcarea ionilor în urma presiunii aplicate de senzor.
Pielea ionică, realizată din hidrogeli flexibili și biocompatibili care folosesc ioni pentru a transmite o sarcină electrică, oferă avantaje importante în încercarea de a realiza un material care să reproducă senzațiile oferite de pielea naturală.
Spre deosebire de pielea inteligentă creată din plastic și metal, hidrogelii (polimeri care nu se dizolvă în apă) au textura moale a pielii naturale, oferind o senzație mai naturală la atingerea unei proteze de braț sau a mâinii unui robot, relatează Tech Xplore.
Un experiment unic
Hidrogelii pot genera tensiuni electrice când sunt atinși, însă oamenii de știință nu înțelegeau cum are loc acest proces. O echipă de cercetători de la UBC a aflat răspunsul printr-un experiment unic, publicat de revista Science.
"Senzorii cu hidrogel funcționează prin producerea de tensiuni electrice și curenți ca reacție la stimuli precum presiunea sau atingerea - ceea ce noi numim efect piezoionic. Dar nu știam exact cum sunt produse aceste tensiuni electrice", a spus coordonatorul studiului, Yuta Dobashi.
Sub supravegherea dr. John Madden, Dobashi a divizat senzorii cu hidrogel care conțin săruri cu ioni pozitivi și negativi de diferite dimensiuni. El a aplicat, împreună cu colaboratorii de la departamentele de fizică și chimie ale universității canadiene, câmpuri magnetice pentru a urmări precis cum se mișcă ionii când se aplică o presiune pe senzor.
"Când se aplică presiune pe gel, aceasta împrăștie ionii în lichid cu viteze diferite, creând un semnal electric. Ionii pozitivi, care tind să fie mai mici, se mișcă mai repede decât cei mai mari, ionii negativi. Rezultă o distribuire inegală care produce un câmp electric, ceea ce face senzorul piezoionic să funcționeze", a explicat Yuta Dobashi.
Pielea ionică, cel mai bun înlocuitor al pielii naturale
Potrivit cercetătorilor, această descoperire confirmă că hidrogelii funcționează într-un mod similar felului în care oamenii detectează presiunea, iar mișcarea ionilor ca răspuns la apăsare poate conduce la noi domenii de aplicare pentru pielea ionică.
"Aplicația evidentă este crearea de senzori care interacționează direct cu celulele și sistemul nervos central, întrucât tensiunile electrice, curenții și timpii de răspuns sunt asemenea celor din membranele celulare", a spus dr. Madden, profesor de inginerie electrică și informatică la facultatea de științe aplicate din cadrul UBC. "Când conectăm senzorii la o terminație nervoasă, acesta produce un semnal. La rândul său, nervul activează contracția musculară", a adăugat el.
"Vă puteți imagina o proteză de braț acoperită cu piele ionică. Pielea simte un obiect prin atingere sau presiune, transmite informația prin nervi către creier, iar creierul activează motoarele necesare pentru a ridica sau ține obiectul. Prin dezvoltările viitoare ale senzorului pielii și ale interfețelor cu nervii, interfața bionică este posibilă", a mai spus Dr. Madden.
Pielea inteligentă, o piață de miliarde de dolari
O altă aplicație potențială este un senzor cu hidrogel aplicat pe piele care poate monitoriza semnalele vitale ale unui pacient. Senzorul ar putea fi total neintruziv, generându-și propria energie necesară funcționării.
"Ne putem imagina un viitor în care 'iontronicele' asemănătoare cu jeleurile sunt folosite pentru implanturile în corp. Articulațiile artificiale pot fi implantate, fără teama de a fi respinse, în corpul uman. Dispozitivele ionice pot fi folosite ca parte a cartilajului artificial al genunchiului, adăugându-i un element senzorial inteligent. Implantul cu gel piezoionic poate elibera medicamente pe baza presiunii resimțite", a exemplificat profesorul.
Acesta a adăugat că în 2019 piața reprezentată de pielea inteligentă era estimată la 4,5 miliarde de dolari și continuă să crească. "Pielea inteligentă poate fi integrată în vestimentație sau plasată direct pe piele, iar pielea ionică este una dintre tehnologiile care se pot dezvolta mai departe", a mai spus el.