Włókna, które imitują „pajęczy jedwab”, będą monitorować nasze zdrowie, ale naukowcy z Uniwersytetu Cambridge są zdania, że ta technologia będzie rewolucją też w rolnictwie precyzyjnym
Michał Duszczyk
To przełomowe rozwiązanie może odmienić rynek tzw. technologii ubieralnych (z ang. wearables) i internetu rzeczy (IoT). Badacze, którzy opracowali innowacyjną metodę tworzenia adaptacyjnych i przyjaznych dla środowiska czujników, zainspirowali się jedwabiem wytwarzanym przez pająki. To niezwykle wytrzymały materiał, odporny na rozrywanie, rozciąganie czy pęknięcia. Eksperci widzą w nim przyszłość technologii materiałowej i następcę nylonu czy kevlaru. Teraz takie włókna może płynnie nanosić na dowolne obiekty biologiczne – mogą to być rośliny czy ludzkie ciało. Materiał jest praktycznie niewidoczny. Naukowcy, którzy w ramach testów nadrukowali włókna wprost na kwiaty mniszka lekarskiego czy ludzki palec, chcą konstruować w oparciu o taki materiał wysokowydajne czujniki bioelektroniczne.
Sensory dopasują się do kształtu ciała
Obecne metody wytwarzania czujników do noszenia mają istotne wady. Elastyczna elektronika, zazwyczaj drukowana na folii z tworzywa sztucznego, zatrzymuje gaz i wilgoć, tworząc na skórze efekt przypominający folię spożywczą. Nowa metoda stanowi zatem obiecującą alternatywę, łącząc wysoką wydajność z funkcjonalnością. Włókna, podobne do tych z pajęczych sieci, są praktycznie niewidzialne, nici są bowiem ponad 50-krotnie cieńsze od ludzkiego włosa. Wydrukowane na ludzkiej skórze tego typu czujniki światłowodowe idealnie dopasowują się więc do kształtu ciała. Dla użytkownika są praktycznie nieodczuwalne (nie blokują choćby porów w skórze i nie powodują pocenia), a dla osób postronnych – niezauważalne. To stwarza wiele możliwości zastosowań tej technologii.
Prof. Yan Yan Shery Huang, kierująca zespołem badaczy z Uniwersytetu Cambridge, jest entuzjastycznie nastawiona do wynalazku. – Chcemy bioelektroniki, która będzie całkowicie niezauważalna dla użytkownika, aby w żaden sposób nie zakłócała jego interakcji ze światem. Ważne jest, aby przy tym wytwarzać mało odpadów – wskazuje na łamach serwisu Interesting Engineering.
Ów tzw. bioelektroniczny pajęczy jedwab spełnia te założenia. Naukowcy przędą go z biokompatybilnego polimeru przewodzącego, łącznego z kwasem hialuronowym i tlenkiem polietylenu. Ich analizy już potwierdziły wysoką jakość działania czujników.
Rolnik wydrukuje światłowód na roślinie
Nowatorskie biosensory to milowy krok w dziedzinie wearables. Wyposażenie skóry człowieka w czujniki elektroniczne może zrewolucjonizować naszą interakcję ze światem. Tego typu systemy w przyszłości mogą umożliwić ciągłe monitorowanie stanu zdrowia czy poprawić realizm gier lub doświadczeń w wirtualnej rzeczywistości. Praktycznych zastosowań jest cała masa. Włókna wyeliminują np. konieczność noszenia inteligentnych zegarków. Ale przeniosą też nowoczesne rolnictwo na zupełnie nowy poziom. Sensory nadrukowane na rośliny będą mogły bowiem analizować ich bieżącą sytuację, choćby poziom nawodnienia. Zespół z Cambridge zauważa na łamach czasopisma „Nature Electronics”, że włókna imitujące „pajęczy jedwab” – poza rolnictwem precyzyjnym – posłużą też monitorowaniu środowiska. Takie „niewidzialne”, zintegrowane czujniki światłowodowe mogłyby jednak pojawiać się w przyszłości na wszelkich powierzchniach, w tym m.in. na ścianach budynków, będąc elementem smart city.
Czujniki nanoszone na ludzką skórę to kolejny etap rozwoju elektroniki użytkowej. Powstaje coraz więcej projektów tego typu, jak choćby urządzenie ultradźwiękowe do monitorowania narządów wewnętrznych, które opracowali inżynierowie Massachusetts Institute of Technology. Urządzenie w formie plastra, wielkości znaczka pocztowego, wysyła fale dźwiękowe – te odbijają się od narządów i wracają do czujnika, dając informację o ich stanie, co jest nie do przecenienia w diagnostyce chorób wewnętrznych.
Podczas testów czujnik wykrył wczesne objawy ostrej niewydolności wątroby u szczurów. Teraz planuje się badania na ludziach.
