Durch Schweiß angetriebene elektronische Haut dient als Mensch-Maschine-Schnittstelle

Forscher haben eine elektronische Haut (E-Skin) entwickelt, die direkt auf echte Haut aufgetragen wird. Es besteht aus weichem, flexiblem Gummi und kann mit Sensoren eingebettet werden, die Informationen wie Herzfrequenz, Körpertemperatur, Blutzuckerspiegel und Stoffwechselnebenprodukte überwachen, die Indikatoren für die Gesundheit sind, sowie Nervensignale, die die Muskeln steuern. Dies geschieht ohne die Notwendigkeit einer Batterie, da es ausschließlich mit Biobrennstoffzellen betrieben wird, die mit einem der körpereigenen Abfallprodukte betrieben werden.

Menschlicher Schweiß enthält sehr hohe Konzentrationen des chemischen Laktats, einer Verbindung, die als Nebenprodukt normaler Stoffwechselprozesse entsteht, insbesondere von Muskeln während des Trainings. Die in die E-Haut eingebauten Brennstoffzellen nehmen dieses Laktat auf und kombinieren es mit Sauerstoff aus der Atmosphäre, wodurch Wasser und Pyruvat, ein weiteres Nebenprodukt des Stoffwechsels, entstehen. Während sie arbeiten, erzeugen die Biobrennstoffzellen genug Strom, um Sensoren und ein Bluetooth-Gerät mit Strom zu versorgen, ähnlich dem, das ein Telefon mit einem Autoradio verbindet, sodass der E-Skin die Messwerte seiner Sensoren drahtlos übertragen kann.

Während die Nahfeldkommunikation ein gängiger Ansatz für viele batterielose E-Skin-Systeme ist, könnte sie nur für die Energieübertragung und das Auslesen von Daten über eine sehr kurze Distanz verwendet werden. Die Bluetooth-Kommunikation verbraucht mehr Strom, ist aber ein attraktiverer Ansatz mit erweiterter Konnektivität für praktische medizinische und robotische Anwendungen.

Die Entwicklung einer schweißtreibenden Stromquelle war nicht die einzige Herausforderung bei der Entwicklung des E-Skin. Es musste auch eine lange Lebensdauer mit hoher Leistungsintensität bei minimaler Verschlechterung aufweisen. Die Biobrennstoffzellen bestehen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die mit einem Platin/Kobalt-Katalysator imprägniert sind, und einem Verbundnetz, das ein Enzym enthält, das Laktat abbaut. Sie können über mehrere Tage im menschlichen Schweiß eine kontinuierliche, stabile Ausgangsleistung (bis zu mehreren Milliwatt pro Quadratzentimeter) erzeugen.

Die nächsten Schritte sind die Entwicklung einer Vielzahl von Sensoren, die in die E-Haut eingebettet werden können, sodass sie für mehrere Zwecke verwendet werden kann. Dies kann nicht nur ein tragbarer Biosensor, sondern auch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle sein – die mit dieser Plattform gesammelten Vitalfunktionen und molekularen Informationen könnten zur Entwicklung und Optimierung von Prothesen der nächsten Generation verwendet werden.