Usando inchiostro metallico, i ricercatori serigrafano un'antenna e un sensore su un adesivo estensibile progettato per aderire alla pelle e monitorare il polso e altri indicatori di salute, e trasmettere queste letture a un ricevitore sui vestiti di una persona. Credito:Bao Lab
Tendiamo a dare per scontata la funzione protettiva della nostra pelle, ignorando i suoi altri ruoli nel segnalare sottigliezze come un cuore palpitante o una vampata di imbarazzo.
Ora, Gli ingegneri di Stanford hanno sviluppato un modo per rilevare i segnali fisiologici emanati dalla pelle con sensori che si attaccano come cerotti e trasmettono letture wireless a un ricevitore agganciato ai vestiti.
Per dimostrare questa tecnologia indossabile, i ricercatori hanno attaccato i sensori al polso e all'addome di un soggetto del test per monitorare il polso e la respirazione della persona rilevando come la sua pelle si allungava e si contraeva ad ogni battito cardiaco o respiro. Allo stesso modo, adesivi sui gomiti e sulle ginocchia della persona monitoravano i movimenti delle braccia e delle gambe misurando il minuto di tensione o rilassamento della pelle ogni volta che il muscolo corrispondente si fletteva.
Zhenan Bao, il professore di ingegneria chimica il cui laboratorio ha descritto il sistema in un articolo del 15 agosto su Nature Electronics, pensa che questa tecnologia indossabile, che chiamano BodyNet, verrà utilizzato per la prima volta in contesti medici come il monitoraggio di pazienti con disturbi del sonno o malattie cardiache. Il suo laboratorio sta già cercando di sviluppare nuovi adesivi per rilevare il sudore e altre secrezioni per monitorare variabili come la temperatura corporea e lo stress. Il suo obiettivo finale è creare una serie di sensori wireless che si attaccano alla pelle e lavorano in combinazione con l'abbigliamento intelligente per tracciare in modo più accurato una più ampia varietà di indicatori di salute rispetto agli smartphone o agli orologi utilizzati oggi dai consumatori.
"Pensiamo che un giorno sarà possibile creare una serie di sensori cutanei per tutto il corpo per raccogliere dati fisiologici senza interferire con il normale comportamento di una persona, " disse Bao, che è anche il K.K. Lee Professor presso la Facoltà di Ingegneria.
L'adesivo in gomma attaccato al polso può piegarsi e allungarsi mentre la pelle della persona si muove, trasmettendo le letture del polso a un ricevitore agganciato ai vestiti della persona. Credito:Bao Lab
estensibile, confortevole, funzionale
Gli studiosi post-dottorato Simiao Niu e Naoji Matsuhisa hanno guidato il team di 14 persone che ha trascorso tre anni a progettare i sensori. Il loro obiettivo era sviluppare una tecnologia che fosse comoda da indossare e senza batterie o circuiti rigidi per evitare che gli adesivi si allungassero e si contraessero con la pelle.
Il loro design finale ha soddisfatto questi parametri con una variazione della tecnologia RFID (identificazione a radiofrequenza) utilizzata per controllare l'accesso senza chiave alle stanze chiuse a chiave. Quando una persona avvicina una carta d'identità a un ricevitore RFID, un'antenna nella carta d'identità raccoglie una piccola quantità di energia RFID dal ricevitore e la utilizza per generare un codice che poi invia al ricevitore.
L'adesivo BodyNet è simile alla carta d'identità:ha un'antenna che raccoglie un po' dell'energia RFID in entrata da un ricevitore sull'abbigliamento per alimentare i suoi sensori. Quindi prende le letture dalla pelle e le trasmette al ricevitore vicino.
Ma per far funzionare l'adesivo wireless, i ricercatori hanno dovuto creare un'antenna che potesse allungarsi e piegarsi come la pelle. Lo hanno fatto serigrafando inchiostro metallico su un adesivo di gomma. Però, ogni volta che l'antenna si piega o si allunga, quei movimenti rendevano il suo segnale troppo debole e instabile per essere utile.
Per aggirare questo problema, i ricercatori di Stanford hanno sviluppato un nuovo tipo di sistema RFID in grado di trasmettere segnali forti e precisi al ricevitore nonostante le fluttuazioni costanti. Il ricevitore alimentato a batteria utilizza quindi il Bluetooth per caricare periodicamente i dati dagli adesivi su uno smartphone, computer o altro sistema di archiviazione permanente.
La versione iniziale degli adesivi si basava su minuscoli sensori di movimento per rilevare la respirazione e le letture del polso. I ricercatori stanno ora studiando come integrare il sudore, temperatura e altri sensori nei loro sistemi di antenne.
Per spostare la loro tecnologia oltre le applicazioni cliniche e in dispositivi di facile utilizzo, i ricercatori devono superare un'altra sfida:tenere il sensore e il ricevitore vicini l'uno all'altro. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno agganciato un ricevitore ai vestiti appena sopra ogni sensore. Gli accoppiamenti uno a uno di sensori e ricevitori andrebbero bene nel monitoraggio medico, ma per creare una BodyNet che qualcuno possa indossare durante l'esercizio, le antenne dovrebbero essere tessute negli indumenti per ricevere e trasmettere segnali indipendentemente da dove una persona attacca un sensore.
