Of het nu gaat om regelmatig gebruik, overmatig gebruik of misbruik, elk apparaat zal op een gegeven moment scheuren ontwikkelen. Dat is nu eenmaal de aard der dingen.

Scheuren kunnen bijzonder gevaarlijk zijn, Hoewel, bij het werken met biomedische apparaten die voor een patiënt leven of dood kunnen betekenen.

Een nieuwe studie van een onderzoeksteam van Binghamton University gebruikt de topografie van de menselijke huid niet als model om scheuren te voorkomen, maar om ze op de best mogelijke manier te richten om kritieke componenten te vermijden en reparaties gemakkelijk te maken.

De studie, gepubliceerd op 17 september in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , wordt geleid door Binghamton University Associate Professor of Biomedical Engineering Guy German en Ph.D. student Christopher Maiorana. Voor de studie, Maiorana ontwikkelde een reeks enkellaagse en dubbellaagse membranen van polydimethylsiloxaan (PDMS) op siliconenbasis, een inert en niet-toxisch materiaal dat wordt gebruikt in biomedisch onderzoek. In de lagen zijn kleine kanaaltjes ingebed die bedoeld zijn om eventuele scheuren te geleiden - die, wanneer onderdeel van een biomedisch hulpmiddel, zou meer controle geven over hoe de scheuren ontstaan. Mogelijke schade kan rond kritieke gebieden van flexibele elektronica gaan, bijvoorbeeld, het verlengen van de functionele levensduur.

"In dit relatief nieuwe gebied van hyperelastische materialen - materialen die echt kunnen rekken - is er veel werk verzet, maar niet op het gebied van breukcontrole, Duitse zei. "Breukbeheersing is alleen onderzocht in meer brosse materialen."

Wat vooral belangrijk is, Maiorana en German zeiden:heeft PDMS als basis voor het flexibele membraan, omdat het bekend staat om zijn grote verscheidenheid aan toepassingen. De studie integreert ook andere veelvoorkomende materialen.

"We doen het zonder exotisch materiaal te gebruiken, Maiorana zei. "We vinden geen nieuw metaal of keramiek uit. We gebruiken rubber of modificeren normaal glas om deze dingen te doen. We hebben dit echt basisidee genomen en functioneel gemaakt."

German's voortdurende onderzoek naar de menselijke huid deed hem beseffen dat de buitenste laag - bekend als het stratum corneum - een netwerk van v-vormige topografische microkanalen vertoont die in staat lijken te zijn breuken naar de huid te geleiden.

Deze studie begon met het idee om dit effect te recreëren in niet-biologische materialen. Eerdere pogingen om microscheuren te sturen, hebben meer solide middelen gebruikt, zoals koperfilms rond de meest gevoelige onderdelen van flexibele elektronische componenten.

"Hoewel dit membraan er precies uitziet en aanvoelt als een normaal, saai membraan, " hij zei, "je rekt het uit en je kunt scheuren krijgen om af te wijken in een hoek van 45 graden van waar het normaal zou zijn gebarsten. Ik vind het best cool."

Vanwege de lange fabricageperiode voor de membranen, Maiorana was vaak een week bezig om er een te maken en vervolgens binnen enkele seconden uit elkaar te halen - om vervolgens weer helemaal opnieuw te beginnen met de volgende. Hij prees de toenemende precisie van additive manufacturing en het vermogen om steeds kleinere functies te printen om de productie van de membranen mogelijk te maken.

"Chris ontwierp zijn eigen fabricagesystemen om deze substraten te maken, " Duits zei, "Omdat hij een mal in 3D moest printen en vervolgens dit slimme systeem moest gebruiken om de diepte van deze canyons in het substraat te regelen. Het is echt technisch een uitdaging."

Maiorana voegde toe:"Er zit een bepaald niveau van kunst aan. Je denkt dat er een heel wetenschappelijk proces is, en daar is, maar een deel ervan is dat je dit proces eerder hebt gedaan en je weet hoe het eruit moet zien."

Deze studie, Duits zei, bevordert de zoektocht van biomedische ingenieurs om te leren van wat de natuur al heeft geperfectioneerd.

"Het maakt niet uit hoe goed je een ingenieur bent - de evolutie dacht er eerst aan, " zei hij. "Evolutie wint altijd."