High-End-Biosensoren transformieren gehirngesteuerte Robotik

Entwickelt von Professor Francesca Iacopi und ihrem Team an der UTS Faculty of Engineering and IT, haftet der Biosensor auf der Haut von Gesicht und Kopf, um elektrische Signale zu detektieren, die vom Gehirn gesendet werden. Diese Signale können dann in Befehle übersetzt werden, um autonome Robotersysteme zu steuern.

Eine Studie zum Biosensor wurde im Journal of Neural Engineering veröffentlicht.

Der Sensor besteht aus epitaxialem Graphen – im Wesentlichen mehrere Schichten sehr dünnen, sehr starken Kohlenstoffs – das direkt auf einem Siliziumkarbid-auf-Silizium-Substrat gewachsen ist. Das Ergebnis ist eine hochskalierbare neuartige Sensortechnologie, die drei große Herausforderungen der graphenbasierten Biosensorik überwindet: Korrosion, Haltbarkeit und Hautkontaktwiderstand.

„Wir waren in der Lage, das Beste aus Graphen zu kombinieren, was sehr biokompatibel und sehr leitfähig ist, mit dem Besten der Siliziumtechnologie, was unseren Biosensor sehr widerstandsfähig und robust in der Anwendung macht“, sagte Professor Iacopi.

Graphen ist ein Nanomaterial, das häufig in der Entwicklung von Biosensoren verwendet wird. Bislang wurden viele dieser Produkte jedoch als Einweg-Anwendungen entwickelt und sind anfällig für Delamination als Folge des Kontakts mit Schweiß und anderen Feuchtigkeitsformen auf der Haut.

Im Gegensatz dazu kann der UTS-Biosensor für längere Zeiträume verwendet und mehrfach wiederverwendet werden, sogar in hochsalinen Umgebungen – ein beispielloses Ergebnis.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der Sensor den sogenannten Hautkontaktwiderstand drastisch reduziert, wo nicht-optimaler Kontakt zwischen Sensor und Haut die Detektion elektrischer Signale vom Gehirn behindert.

„Mit unserem Sensor verbessert sich der Kontaktwiderstand, wenn der Sensor auf der Haut sitzt“, sagte Professor Iacopi. „Im Laufe der Zeit konnten wir eine Reduzierung von mehr als 75 Prozent des ursprünglichen Kontaktwiderstands erreichen.“

„Das bedeutet, dass die elektrischen Signale, die vom Gehirn gesendet werden, zuverlässig gesammelt und dann signifikant verstärkt werden können, und dass die Sensoren auch zuverlässig in rauen Bedingungen eingesetzt werden können, was ihr Potenzial für den Einsatz in Gehirn-Maschine-Schnittstellen erhöht.“

Die Forschung ist Teil einer größeren Zusammenarbeit, um zu untersuchen, wie Gehirnwellen verwendet werden können, um autonome Fahrzeuge zu befehlen und zu steuern. Die Arbeit ist eine Partnerschaft zwischen Professor Iacopi, die international für ihre Arbeit in Nanotechnologie und elektronischen Materialien anerkannt ist, und UTS Distinguished Professor Chin-Teng Lin, einem führenden Forscher in Brain-Computer-Interfaces. Sie wird durch 1,2 Millionen Dollar vom Defence Innovation Hub finanziert.