电子皮肤完全由汗液驱动,可监测健康

2020-06-28 222健康相关

皮肤:体验周围世界的通道

我们体验周围世界的一种方式是通过皮肤。从感知温度和压力到愉悦或疼痛,我们皮肤中的许多神经末梢告诉我们很多。

我们的皮肤也能告诉外界很多关于我们的事情。妈妈们把手按在我们的额头上看我们是否发烧。在一次亲密的谈话中,约会可能会看到我们的脸颊涨红。健身房里的人可能会从你身上的汗珠推断出你正在进行一次很好的锻炼。

电子皮肤完全由汗液驱动,可监测健康

但是加州理工学院医学工程系的助理教授魏高(音译)想从你的皮肤中了解更多关于你的信息,为此,他开发了一种电子皮肤,或者说e-skin,直接应用于你的真实皮肤之上。电子皮肤完全由汗液驱动,可监测健康,这种电子皮肤由柔软的橡胶制成,可以嵌入传感器,监测心率、体温、血糖水平和代谢副产物等健康指标的信息,甚至控制肌肉的神经信号。它这样做不需要电池,因为它只使用生物燃料电池,由人体自身的一种废物提供动力。

解决电源问题

“这类可穿戴设备的主要挑战之一是电源方面,”高说很多人都在使用电池,但这不太可持续。一些人尝试过使用太阳能电池或利用人体运动的能量,但我们想知道,我们能从汗液中获得足够的能量来为可穿戴设备提供能量吗答案是肯定的。”

高解释说,人体汗液中含有很高水平的化学乳酸,这种化合物是正常代谢过程的副产品,特别是运动时肌肉产生的。电子皮肤完全由汗液驱动,可监测健康。电子皮肤内置的燃料电池吸收乳酸,并将其与大气中的氧气结合,产生水和丙酮酸,这是新陈代谢的另一个副产品。当它们工作时,生物燃料电池会产生足够的电能为传感器和蓝牙设备供电,类似于将手机连接到汽车音响的蓝牙设备,使电子皮肤可以无线传输传感器的读数。

“虽然近场通信是许多无电池电子皮肤系统的常用方法,但它只能在很短的距离内用于电源传输和数据读取,”Gao说蓝牙通信消耗更高的功率,但对于实际的医疗和机器人应用来说,它是一种更具吸引力的扩展连接方式。”

Gao说,设计一种可以在汗水上运行的电源并不是制造e-skin的唯一挑战;它还需要以高功率强度维持很长一段时间,同时将退化降到最低。这种生物燃料电池是由碳纳米管和铂/钴催化剂以及含有分解乳酸酶的复合网制成的。它们能在人体汗液中连续几天产生稳定的能量输出(高达每平方厘米几毫瓦)。

引用

California Institute of Technology. "Electronic skin fully powered by sweat can monitor health." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 April 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200422213609.htm.

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