Команда из Института биомедицинских инноваций Терасаки разработала носимое устройство на основе того, как устроена кожа змеи. Многие функции организма человека проявляются в виде механической деформации кожи: она растягивается, сгибается или движутся мышцы. Эти механические изменения можно найти и отследить, если измерять уровни напряжения в различных точках по всему телу.

В последние годы такие движения отслеживают с помощью носимых датчиков, они могу обнаруживать:

• напряжение высокого уровня (40–100%): движение пальцев, суставов и конечностей;
• напряжение среднего уровня (10–40%): глотание и движение лица;
• напряжение низкого уровня (<1%–10%): пульс и вибрации голосовых связок.

Для того, чтобы обеспечить высочайший уровень проводимости и стабильности, лучше использовать PEDOT:PSS — это полимерная смесь из двух иономеров. Один компонент в этой смеси состоит из сульфоната полистирола натрия, который представляет собой сульфированный полистирол. Но низкая растяжимость пленок PEDOT:PSS приводит к ухудшению производительности носимых устройств на его основе.

Авторы в новой работе создали носимое устройство, которое эффективно обнаруживает различный уровень напряжения. Чтобы максимально увеличить растяжимость этого датчика, они взяли за основу принципы работы змеиной кожи. Змеи могут растягиваться в несколько раз по сравнению с их нормальным размером тела, это происходит, потому что их кожа покрыта перекрывающимися чешуйками. При приложении напряжения эти чешуйки скользят друг по другу и легко смещаются при необходимости. Поэтому кожа змей исключительно эластичная.

Исследователи использовали эту концепцию дизайна при изготовлении своего датчика. Они нанесли тонкий слой PEDOT:PSS и запекли его с эластомерной лентой. Затем этот слой растянули на 50%. Этот процесс привел к образованию трещин и микроскопических кусочков на поверхности слоя. Эти открытые участки служили местами склеивания для нанесения второго тонкого слоя PEDOT:PSS. После нанесения второй слой дополнительно растягивался до 100%. В результате образовались новые растяжения и островки, которые естественным образом совпадали с областями первого слоя.

По результатам ряда экспериментов датчик выдавал четко определенные сигналы с диапазоном чувствительности в два порядка. Сигналы точно отражали градусы и углы движений. Кроме того, датчик продемонстрировал отличную проводимость и долговечность.

Новую разработку можно использовать для мониторинга сердечных или кровеносных функций, для оказания помощи людям, которые испытывают трудности с вокализацией или глотанием, а также при физической реабилитации или оценке спортивных результатов.