Lo studio su E-skin e soft robotics è stato pubblicato su Science Advances.
Simulare la pelle
E-skin e soft robotics potrebbero diventare presto molto utili in medicina e ricerca. Un materiale che simula la pelle umana, la sua forza, elasticità e sensibilità potrebbe ottenere dati biologici in tempo reale. Le protesi di nuova generazione potrebbero basarsi su sistemi di questo tipo, così come la medicina personalizzata e le IA. “L’e-skin ideale imiterà le numerose funzioni naturali della pelle umana. Rileverà la temperatura e il tatto, in modo accurato e in tempo reale”, afferma Yichen Cai, co-autore. Tuttavia, realizzare componenti elettronici adeguatamente flessibili in grado di svolgere compiti così delicati e allo stesso tempo resistere agli urti e ai graffi della vita quotidiana è impegnativo. Difatti, ogni materiale coinvolto deve essere progettato con cura.
Costruire la pelle
La maggior parte delle e-skin sono realizzate stratificando un nanomateriale attivo (il sensore) su una superficie elastica che si attacca alla pelle umana. Tuttavia, la connessione tra questi strati è spesso troppo debole, il che riduce la durabilità e la sensibilità del materiale. In alternativa, se è troppo forte la flessibilità diventa limitata, rendendo più probabile che si rompa e/o rompa il circuito. “Il panorama dell’elettronica della pelle continua a cambiare a un ritmo spettacolare”, afferma Cai. “L’emergere di sensori 2D ha accelerato gli sforzi per integrare questi materiali sottili all’atomo in pelli artificiali funzionali e durevoli”. Un team guidato da Cai e dal collega Jie Shen ha creato una e-skin resistente utilizzando un idrogel rinforzato con nanoparticelle di silice come substrato forte ed elastico. Un MXene (una struttura bidimensionale) di carburo di titanio 2D fa da strato sensibile, legato insieme da nanofili altamente conduttivi.
Ci vuole tatto per innovare
“Gli idrogel contengono più del 70% di acqua, il che li rende molto compatibili con i tessuti della pelle umana”, spiega Shen. Allungando l’idrogel in tutte le direzioni, applicando uno strato di nanofili e quindi controllando attentamente il suo rilascio, i ricercatori hanno creato percorsi conduttivi verso lo strato sensibile. Questi sono rimasti intatti anche allungando il materiale fino a 28 volte la sua dimensione originale. Il loro prototipo di e-skin poteva rilevare oggetti a 20 centimetri di distanza, rispondere agli stimoli in meno di un decimo di secondo e, se usato come sensore di pressione, distinguere la scrittura a mano impressa. Ha continuato a funzionare bene dopo 5.000 deformazioni, recuperando ogni volta circa un quarto di secondo. “È un risultato sorprendente per una e-skin mantenere la durezza dopo un uso ripetuto”, afferma Shen. “Imita l’elasticità e il rapido recupero della pelle umana”.
Pelli applicate
E-skin e soft robotics potrebbero monitorare una serie di informazioni biologiche, come i cambiamenti nella pressione sanguigna, che possono essere rilevati dalle vibrazioni nelle arterie, oppure i movimenti di arti e articolazioni. Questi dati possono quindi essere condivisi e archiviati sul cloud tramite Wi-Fi. “Un ostacolo all’uso diffuso di e-skin risiede nell’ampliamento dei sensori ad alta risoluzione”, aggiunge il leader del gruppo di ricerca Vincent Tung. “Tuttavia, la produzione additiva assistita da laser offre novità promettenti“. Secondo Cai “Prevediamo un futuro per questa tecnologia oltre la biologia. Un giorno il nastro sensore estensibile potrebbe monitorare la salute strutturale di oggetti inanimati, come mobili e aerei”.
Daniele Tolu
