Forscher der Texas A&M University haben ihre neueste Entwicklung im Bereich des 3D-Drucks vorgestellt: eine elektronische Haut (E-Haut), die menschliche Haut in ihrer Flexibilität, Dehnbarkeit und Sensorik nachahmt. Dieses innovative Projekt nutzt nanostrukturierte Hydrogele, die über einstellbare elektronische und thermische Biosensoreigenschaften verfügen. Das berichtet die Universität in einer Pressemitteilung.
Menschliche Haut, die mit mehr als 1.000 Nervenenden das größte sensorische Organ des Gehirns ist, liefert Rückmeldungen durch Berührung, Temperatur und Druck. Die E-Haut der Texas A&M University zielt darauf ab, diese Funktionen zu replizieren und in verschiedene Technologien zu integrieren. Dr. Akhilesh Gaharwar, Professor und Forschungsleiter am Department of Biomedical Engineering, sieht in der E-Haut ein enormes Potenzial für die menschliche Maschineninteraktion und erweiterte sensorische Erfahrungen. Er betont, dass diese Technologie insbesondere für Menschen mit Behinderungen lebensverändernd sein könnte.
Anwendungsbereiche
Zukünftige Anwendungen der E-Haut umfassen tragbare Gesundheitsgeräte, die kontinuierlich lebenswichtige Funktionen wie Bewegung, Temperatur, Herzfrequenz und Blutdruck überwachen. Dies könnte Nutzern helfen, ihre motorischen Fähigkeiten und Koordination zu verbessern.
Die Inspiration für die Entwicklung der E-Haut liegt im Wunsch, fortgeschrittene Schnittstellen zwischen Technologie, dem menschlichen Körper und der Umwelt zu schaffen. Laut Gaharwar könnten die potenziellen Anwendungen in Robotik, Prothetik, tragbarer Technologie, Sport und Fitness, Sicherheitssystemen sowie Unterhaltungsgeräten liegen.
Die Entwicklung der E-Haut, die in einer Studie von Advanced Functional Materials unter dem Titel „3D Printed Electronic Skin for Strain, Pressure and Temperature Sensing“ detailliert beschrieben wird, fand in Gaharwars Labor statt. Dr. Kaivalya Deo, ehemaliger Student von Gaharwar und nun Wissenschaftler bei Axent Biosciences, sowie Shounak Roy, ehemaliger Fulbright Nehru Doktorand in Gaharwars Labor, sind die Hauptautoren der Veröffentlichung.
Herausforderungen
Die Herstellung der E-Haut stellt eine Herausforderung dar, da Materialien entwickelt werden müssen, die gleichzeitig die Flexibilität menschlicher Haut nachahmen, bioelektrische Sensoreigenschaften enthalten und für tragbare oder implantierbare Geräte geeignet sind. Deo erklärte, dass durch eine „Triple-Crosslinking“-Strategie im hydrogelbasierten System eine der Hauptbeschränkungen im Bereich der flexiblen Bioelektronik adressiert wurde.
Die Verwendung von nanostrukturierten Hydrogelen ermöglicht es, einige der Herausforderungen bei der Entwicklung der E-Haut während des 3D-Drucks zu bewältigen. Diese Hydrogele können ihre Viskosität unter Scherbeanspruchung während der Erstellung verringern, was eine einfachere Handhabung und Manipulation ermöglicht. Dies erleichtert den Aufbau komplexer 2D- und 3D-elektronischer Strukturen, einem wesentlichen Aspekt bei der Nachbildung der vielschichtigen Natur der menschlichen Haut.
Darüber hinaus nutzten die Forscher „atomare Defekte“ in Molybdändisulfid-Nanoassemblies, einem Material, das aufgrund von Unvollkommenheiten in seiner atomaren Struktur eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, und Polydopamin-Nanopartikel, um die E-Haut auf feuchtem Gewebe haften zu lassen.
