We hebben de neiging om de beschermende functie van onze huid als vanzelfsprekend te beschouwen, het negeren van zijn andere rollen bij het signaleren van subtiliteiten zoals een fladderend hart of een opwelling van schaamte.

Nutsvoorzieningen, Stanford-ingenieurs hebben een manier ontwikkeld om fysiologische signalen die van de huid komen te detecteren met sensoren die als pleisters plakken en draadloze metingen naar een ontvanger die op kleding is geknipt, verzenden.

Om deze draagbare technologie te demonstreren, de onderzoekers plakten sensoren op de pols en buik van een proefpersoon om de pols en ademhaling van de persoon te controleren door te detecteren hoe hun huid zich uitrekte en samentrekt bij elke hartslag of ademhaling. Hetzelfde, stickers op de ellebogen en knieën van de persoon volgden de arm- en beenbewegingen door de minuut aanscherping of ontspanning van de huid te meten telkens wanneer de overeenkomstige spier werd gebogen.

Zhenan Bao, de professor in de chemische technologie wiens laboratorium het systeem beschreef in een artikel van 15 augustus in Nature Electronics, denkt dat deze draagbare technologie, die ze BodyNet noemen, zal eerst worden gebruikt in medische instellingen zoals het monitoren van patiënten met slaapstoornissen of hartaandoeningen. Haar lab probeert al nieuwe stickers te ontwikkelen om zweet en andere afscheidingen te detecteren om variabelen zoals lichaamstemperatuur en stress te volgen. Haar uiteindelijke doel is om een ​​reeks draadloze sensoren te creëren die op de huid blijven plakken en samenwerken met slimme kleding om een ​​grotere verscheidenheid aan gezondheidsindicatoren nauwkeuriger te volgen dan de smartphones of horloges die consumenten tegenwoordig gebruiken.

"We denken dat het op een dag mogelijk zal zijn om een ​​huidsensorarray voor het hele lichaam te maken om fysiologische gegevens te verzamelen zonder het normale gedrag van een persoon te verstoren, " zei Bao, wie is ook de K.K. Lee Professor aan de School of Engineering.

Rekbaar, comfortabel, functioneel

Postdoctoraal onderzoekers Simiao Niu en Naoji Matsuhisa leidden het 14-koppige team dat drie jaar bezig was met het ontwerpen van de sensoren. Hun doel was om een ​​technologie te ontwikkelen die comfortabel zou zijn om te dragen en zonder batterijen of stijve circuits om te voorkomen dat de stickers uitrekken en samentrekken met de huid.

Hun uiteindelijke ontwerp voldeed aan deze parameters met een variatie van de RFID-radiofrequentie-identificatietechnologie die wordt gebruikt om sleutelloze toegang tot afgesloten kamers te regelen. Wanneer een persoon een ID-kaart tegen een RFID-ontvanger houdt, een antenne in de ID-kaart verzamelt een klein beetje RFID-energie van de ontvanger en gebruikt dit om een ​​code te genereren die het vervolgens terugstraalt naar de ontvanger.

De BodyNet-sticker is vergelijkbaar met de ID-kaart:hij heeft een antenne die een beetje van de binnenkomende RFID-energie van een ontvanger op de kleding oogst om zijn sensoren van stroom te voorzien. Het neemt dan metingen van de huid en stuurt ze terug naar de nabijgelegen ontvanger.

Maar om de draadloze sticker te laten werken, de onderzoekers moesten een antenne maken die kon rekken en buigen als een huid. Dit deden ze door metaalinkt op een rubberen sticker te zeefdrukken. Echter, wanneer de antenne gebogen of uitgerekt is, die bewegingen maakten het signaal te zwak en onstabiel om bruikbaar te zijn.

Om dit probleem te omzeilen, de Stanford-onderzoekers ontwikkelden een nieuw type RFID-systeem dat ondanks constante fluctuaties sterke en nauwkeurige signalen naar de ontvanger kon sturen. De batterijgevoede ontvanger gebruikt vervolgens Bluetooth om periodiek gegevens van de stickers naar een smartphone te uploaden, computer of ander permanent opslagsysteem.

De eerste versie van de stickers was gebaseerd op kleine bewegingssensoren om de ademhaling en hartslag te meten. De onderzoekers bestuderen nu hoe zweet, temperatuur en andere sensoren in hun antennesystemen.

Om hun technologie verder te brengen dan klinische toepassingen en naar gebruiksvriendelijke apparaten, de onderzoekers moeten nog een andere uitdaging overwinnen:de sensor en ontvanger dicht bij elkaar houden. In hun experimenten, de onderzoekers sloten een ontvanger op kleding net boven elke sensor. Een-op-een koppelingen van sensoren en ontvangers zouden prima zijn bij medische monitoring, maar om een ​​BodyNet te maken dat iemand kan dragen tijdens het sporten, antennes zouden in kleding moeten worden geweven om signalen te ontvangen en te verzenden, ongeacht waar een persoon een sensor steekt.