我们体验周围世界的方式之一就是通过皮肤。从感知温度和压力到愉悦或痛苦,我们皮肤中的许多神经末梢告诉我们很多。

我们的皮肤也可以告诉外界很多关于我们的信息。妈妈将手按在我们的额头上,看看我们是否发烧。在一次亲密的交谈中,约会可能会脸红起来。健身房里的人可能会从汗珠上推断出您正在进行良好的锻炼。

但是加州理工学院医学工程系Andrew and Peggy Cherng系的助理教授高伟(Wei Gao)希望从您的皮肤中了解更多有关您的知识,为此,他开发了一种可直接应用于皮肤的电子皮肤或电子皮肤。真正的皮肤顶部。由柔软,柔软的橡胶制成的电子皮肤可以嵌入传感器,以监测信息,如心率,体温,血糖水平和代谢副产物(这些指标可以指示健康状况),甚至是控制我们肌肉的神经信号。这样做不需要电池,因为它仅在由人体自身废物之一提供动力的生物燃料电池上运行。

高说:“这类可穿戴设备的主要挑战之一是在电源方面。” “许多人都在使用电池,但这不是很可持续。有些人尝试使用太阳能电池或收集人体运动的力量,但我们想知道,'我们能从汗液中获取足够的能量来为可穿戴设备供电吗?' 答案是肯定的。”

高解释说,人类汗液中含有很高水平的化学乳酸,这是正常代谢过程的副产物,尤其是运动时肌肉产生的一种化合物。电子皮肤中内置的燃料电池吸收乳酸并将其与大气中的氧气结合,产生水和丙酮酸,这是新陈代谢的另一种副产品。在运行时,生物燃料电池会产生足够的电能来为传感器和蓝牙设备供电,该蓝牙设备类似于将手机连接至汽车立体声系统的设备,从而使电子皮肤能够无线传输其传感器的读数。

“尽管近场通信是许多无电池电子皮肤系统的常用方法,但它只能用于很短距离的功率传输和数据读取,”高说。“蓝牙通信消耗的功率更高,但是对于实际的医疗和机器人应用来说,具有扩展连接能力的吸引力更大。”

高说,设计出可以汗流power背的电源并不是创造电子皮肤的唯一挑战。它还需要以高功率强度持续长时间,并且降级最小。生物燃料电池由浸渍有铂/钴催化剂的碳纳米管和含有分解乳酸的酶的复合网制成。它们可以在人类汗液中持续几天连续产生稳定的功率输出(每平方厘米高达几毫瓦)。

高说,该计划是要开发各种可以嵌入到电子皮肤中的传感器,以便将其用于多种用途。

他说:“我们希望该系统成为一个平台。” “除了是可穿戴的生物传感器之外,它还可以是人机界面。使用该平台收集的生命体征和分子信息可以用于设计和优化下一代假肢。”