Žmogaus oda yra nuostabus pojūčių šaltinis – ji leidžia mums pajusti minkštą pagalvę prieš užmiegant arba staigų skausmo dūrį prisilietus prie įkaitusios viryklės. Tačiau oda nėra vien tik jautrus jutiklis – ji lankstosi, tempiasi kartu su mūsų judesiais ir pati gyja, kai susižeidžiame.
Sukūrus medžiagą, gebančią imituoti šias savybes, būtų galima suteikti protezams lietimo pojūtį ar padėti robotams geriau suprasti savo aplinką. Būtent tam ir kuriama elektroninė oda – e-oda – technologija, kurios tikslas yra atkartoti natūralios odos funkcijas.
E-odos vizija ir sveikata: robotai su pojūčiais
E-oda – tai plona elektroninė medžiaga, skirta imituoti žmogaus odos savybes: jautrumą išoriniams dirgikliams ir, idealiu atveju, gebėjimą savaime atsikurti. Mokslininkai visame pasaulyje vysto e-odos technologijas įvairiems tikslams – nuo drabužių, stebinčių kūno būklę, iki magnetinių jutiklių, galinčių būti naudojamų virtualios realybės sistemose.
Tačiau visos elektroninės odos susiduria su ta pačia problema – ką daryti, kai medžiaga per daug susidėvi ar yra pažeista? Įprastai tokia oda tiesiog išmetama, kartu su daugiau nei 50 milijonų tonų elektroninių atliekų, kasmet susidarančių pasaulyje. Šiose atliekoms yra vertingų, tačiau aplinkai ir žmonių sveikatai pavojingų medžiagų – todėl jų šalinimas kelia ir ekologinių, ir sveikatos problemų.
Šią problemą iškėlė ir jos sprendimo ėmėsi Kolorado universiteto Boulderio miestelyje dirbanti tyrėjų grupė, vadovaujama mechanikos inžinerijos profesoriaus Jianliango Xiao ir chemijos bei biochemijos profesoriaus Wei Zhang. Jie sukūrė e-odą, kuri sujungia geriausias savybes: visišką perdirbamumą, sudėtingą sensorinį jautrumą, pakankamą lankstumą ir savaiminio gijimo galimybę.
Ši oda pagaminta iš polimero, vadinamo poliaminu (polyimine), kuris praturtintas sidabro nanodalelėmis. Toks derinys atveria galimybes kurti išmanius gaminius, reaguojančius į aplinką – nuo protezų ir robotikos iki išmaniųjų audinių ar net kosminių kostiumų.
Savaime atsikurianti ir perdirbama oda
Savaiminio gijimo ir perdirbimo savybės leidžia šią e-odą naudoti paprastai ir efektyviai. Jei oda yra įplėšta, pakanka pridėti gijimo medžiagos, šiek tiek spaudimo bei šilumos, kad cheminiai ryšiai abiejose pažeidimo pusėse atsikurtų.
Oda, kurios atkurti nebeįmanoma arba kuri nebereikalinga, gali būti visiškai perdirbta – ją tereikia pamirkyti specialiame tirpale, kuris išskaido medžiagą į cheminius komponentus. Iš jų galima sukurti visiškai naują e-odos fragmentą.
Šios dirbtinės odos perdirbamumo ir savaiminio atsikūrimo paslaptis slypi dinaminiuose kovalentiniuose termoreaktyviuose ryšiuose – tai tam tikro tipo susikryžiavęs polimeras, kuris tam tikromis sąlygomis gali laikinai susilpninti ir vėl atkurti savo kovalentinius ryšius. E-odai naudotas poliaminas (polyimine) turi pranašumą prieš kitus tradiciškai naudojamus e-odos medžiagų tipus – būtent dėl savo dinaminių kovalentinių jungčių, kurios leidžia odai būti perdirbamai, lankščiai ir savaime gyjančiai. Be to, šis polimeras pasižymi didesniu cheminiu ir terminiu stabilumu nei kitos savaime atsikuriančios e-odos, todėl gali būti naudojamas įvairiomis aplinkos sąlygomis.
Tačiau vien poliaminas yra elektrai nelaidus – jis neleidžia elektronams judėti per medžiagą. O tam, kad jutikliai veiktų, per e-odą turi vykti elektrinių signalų perdavimas. Čia į pagalbą pasitelkiamos sidabro nanodalelės – jos suteikia e-odai laidumą, būtina sąlygą jutiklių veikimui. Būtent šis derinys – poliamino elastingumas, perdirbamumas ir saviregėjimas kartu su laidumu, kurį suteikia sidabro dalelės – leidžia e-odai reaguoti į spaudimą, temperatūrą, oro srautą ar drėgmę.
Ši e-oda pasižymi įspūdingomis savybėmis, tačiau, pasak prof. J. Xiao, dar yra ką tobulinti.
„Reikia pagerinti savaiminio atsikūrimo ir perdirbimo galimybes, sustiprinti mechaninį lankstumą, padidinti jautrumą ir erdvinę raišką“, – sako jis.
Mokslininkų komanda jau planuoja žengti toliau šia kryptimi.
Tokia e-oda galėtų tapti svarbiu sprendimu ne tik aukštųjų technologijų srityse, bet ir kasdienėje medicinoje. Ji galėtų padėti kurti išmaniuosius pleistrus, kurie stebi žaizdų gijimą, reaguoja į temperatūros pokyčius ar net siunčia duomenis gydytojams realiuoju laiku.
Poveikis – nuo sveikatos iki planetos
Šios savybės ypatingai aktualios senstančiose visuomenėse, kur padidėjęs dėmesys skiriamas sveikatos priežiūrai namuose ir individualizuotai medicinai. Taigi, e-oda ne tik imituoja biologinę funkciją – ji gali tapti sveikatos stebėsenos ir asmeninės gerovės įrankiu, sujungiančiu kūną su skaitmeniniu pasauliu.
Be to, ši technologija galėtų pasitarnauti ir ekstremaliomis sąlygomis – pavyzdžiui, kosminių misijų metu, kur astronautų apranga turi būti ne tik atspari, bet ir gebėti stebėti kūno būklę realiu laiku. E-oda, gebanti prisitaikyti prie išorinių pokyčių, fiksuoti spaudimą ar temperatūrą, gali tapti nepakeičiama tiek Žemėje, tiek už jos ribų. Ateityje tokios technologijos leis kurti dar artimesnius žmogaus-kiborgo sąveikos modelius, kur fizinis kūnas bus papildytas išmaniais, jautriais ir perdirbamais paviršiais.
Daugiafunkcė šios e-odos paskirtis leidžia ją taikyti įvairiose srityse – nuo robotikos iki aerokosmoso pramonės, o jos perdirbimasmažina atliekų kiekį ir gamybos kaštus, kas itin svarbu komerciniuose sprendimuose. Visgi, nors ši technologija gali padėti sukurti pažangius robotus, panašius į mokslinės fantastikos herojus, jos pirmieji praktiniai pritaikymai greičiausiai bus kur kas artimesni realybei.
„Iš visų galimų e-odos taikymo sričių manome, kad artimiausiu metu didžiausią poveikį ji turės sveikatos sektoriuje – pavyzdžiui, suteikdama pojūtį protezams ar stebėdama žmogaus sveikatos būklę“, – teigia J. Xiao.
Dėl didelio pakartotinio panaudojimo potencialo ir gebėjimo lankstytis bei jausti kaip tikra oda, ši elektroninė oda gali turėti nedidelį poveikį aplinkai, bet didžiulį – žmonių gyvenimui ir technologinei pažangai.
