Pelle Elettronica Stampata in 3D: Un Avanzamento per l’Interazione Uomo-Macchina Gli studenti ricercatori hanno sviluppato una pelle elettronica stampata in 3D che può flettersi, allungarsi e percepire come la pelle umana, aprendo nuove prospettive per l’interazione tra l’uomo e la macchina.
La pelle umana, con oltre 1.000 terminazioni nervose, rappresenta la connessione sensoriale più grande del cervello con il mondo esterno, fornendo un’ampia gamma di feedback attraverso il tatto, la temperatura e la pressione. Queste caratteristiche complesse rendono la pelle un organo vitale, ma allo stesso tempo una sfida da replicare.
Sfruttando idrogel nanoingegnerizzati con capacità elettroniche e termiche regolabili, i ricercatori dell’Università del Texas A&M hanno sviluppato una pelle elettronica stampata in 3D (E-skin) che può flettersi, allungarsi e percepire come la pelle umana.
“La capacità di replicare il senso del tatto e integrarlo in diverse tecnologie apre nuove possibilità per l’interazione tra l’uomo e la macchina e per esperienze sensoriali avanzate”, ha dichiarato il Dr. Akhilesh Gaharwar, professore e direttore della ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica. “Può potenzialmente rivoluzionare settori industriali e migliorare la qualità della vita delle persone con disabilità”.
Le future applicazioni per l’E-skin sono molteplici, compresi dispositivi indossabili per la salute che monitorano in modo continuo segni vitali come movimento, temperatura, frequenza cardiaca e pressione sanguigna, fornendo feedback agli utenti e aiutandoli a migliorare le loro abilità motorie e di coordinazione.
“La motivazione alla base dello sviluppo dell’E-skin è radicata nel desiderio di creare interfacce più avanzate e versatili tra tecnologia, corpo umano e ambiente circostante”, ha affermato Gaharwar. “L’aspetto più eccitante di questa ricerca è rappresentato dalle sue potenziali applicazioni in robotica, protesi, tecnologia indossabile, sport e fitness, sistemi di sicurezza e dispositivi per l’intrattenimento”.
La tecnologia E-skin, descritta in uno studio pubblicato su Advanced Functional Materials, è stata sviluppata nel laboratorio del Dr. Gaharwar. I dottori Kaivalya Deo ’22, un ex studente del Dr. Gaharwar ora scienziato presso Axent Biosciences, e Shounak Roy, un ex borsista Fulbright Nehru nel laboratorio del Dr. Gaharwar, sono gli autori principali dello studio.
La creazione dell’E-skin comporta sfide nella sviluppo di materiali durevoli capaci di replicare contemporaneamente la flessibilità della pelle umana, le capacità di rilevamento bioelettrico e le tecniche di fabbricazione adatte a dispositivi indossabili o impiantabili.
“In passato, la rigidità di questi sistemi era troppo elevata per i tessuti corporei, impedendo la trasduzione dei segnali e creando un mismatch meccanico all’interfaccia biotica-abiotica”, ha affermato Deo. “Abbiamo introdotto una strategia di ‘triplo legame incrociato’ nel sistema basato su idrogel, che ci ha permesso di affrontare una delle principali limitazioni nel campo della bioelettronica flessibile”.
L’uso di idrogel nanoingegnerizzati affronta alcune delle sfide nella creazione dell’E-skin durante la stampa 3D grazie alla capacità degli idrogel di diminuire la viscosità sotto stress di taglio durante la creazione dell’E-skin, consentendo una manipolazione più agevole. Il team ha sottolineato che questa caratteristica facilita la costruzione di complesse strutture elettroniche bidimensionali e tridimensionali, un aspetto essenziale per replicare la natura multifacetata della pelle umana.
I ricercatori hanno inoltre utilizzato ‘difetti atomici’ nelle nano-assemblature di disolfuro di molibdeno, un materiale che contiene imperfezioni nella sua struttura atomica che consentono un’elevata conducibilità elettrica, e nanoparticelle di polidopamina per far aderire l’E-skin ai tessuti umidi.
“Queste nanoparticelle di disolfuro di molibdeno appositamente progettate hanno agito come leganti per formare l’idrogel e hanno conferito conducibilità elettrica e termica all’E-skin; siamo i primi a riportare l’uso di questo componente chiave”, ha dichiarato Roy. “La capacità del materiale di aderire ai tessuti umidi è particolarmente cruciale per potenziali applicazioni nell’ambito sanitario, in cui l’E-skin deve conformarsi e aderire a superfici biologiche dinamiche e umide”.
Altri collaboratori includono ricercatori del gruppo del Dr. Limei Tian nel dipartimento di ingegneria biomedica presso l’Università del Texas A&M e del Dr. Amit Jaiswal presso l’Istituto Indiano di Tecnologia di Mandi. Lo studio è finanziato dal National Institutes of Health, dal Department of Defense e dalla United States-India Educational Foundation.
per gentile concessione di INMYWORK Studio