Pro české pacienty by nositelné zdravotní senzory mohly být přijatelnější, pokud by místo nápadného zařízení připomínaly běžnou součást oblečení. Právě tímto směrem míří elektronické vlákno vyvinuté týmem z Tuftsovy univerzity v USA. Profesor Sameer Sonkusale a jeho kolegové popsali v časopise Applied Materials and Interfaces vláknové integrované obvody složené ze senzorů, tranzistorů a dalších prvků. Pružná konstrukce se může natahovat, ohýbat i svinovat a podle výzkumníků ji lze vložit do sportovního či pracovního oblečení nebo umístit přímo na kůži.
- Elektronické vlákno obsahuje pružné mikrotranzistory připojené k pozlaceným vláknům.
- Prototyp na spánku zachytil mrkání a na hrudníku změny dýchání.
- Technologie je podle hlavního autora studie stále v rané fázi vývoje.
Vlákno se přizpůsobuje pohybu lidského těla
Výzkumníci označují koncept jako „thread-ectronics“, tedy elektroniku vystavěnou ve formě vláken. Na rozdíl od pevných a křehkých monitorovacích zařízení se má pohybovat spolu s tělem, aniž by uživatel musel své pohyby přizpůsobovat hardwaru.
Pokud by se elektronické vlákno podařilo dovést do praktického použití, znamenalo by to možnost průběžného sledování tělesných signálů bez hodinek, prstenu nebo viditelné náplasti.
Tým funkčnost senzorů předvedl na dvou jemných tělesných projevech. Zařízení přiložené ke spánku zaznamenalo mrkání, zatímco senzor na hrudníku rozpoznal změny v dýchání. Takové signály mohou v příslušném kontextu souviset se stresem, nemocí nebo dalšími stavy. Samotná demonstrace však neznamená, že prototyp už umí stanovovat diagnózy nebo že jde o hotový zdravotnický výrobek.
Sonkusale uvedl, že přesun elektroniky z plochých náplastí do volně tvarovatelných vláken otevírá cestu k bioelektronice, která se podobá spíše textilním vláknům než hardwaru. Výzkumníci zmiňují možné budoucí využití při sledování dýchání dospělých i kojenců, hodnocení rizika pádu nebo vytváření pohybových profilů, jež by mohly pomáhat rozpoznávat tělesný a kognitivní úbytek. Podle Sonkusaleho by vlákna mohla potenciálně sloužit dokonce jako stehy sledující procesy uvnitř těla.
Pozlacená vlákna doplňuje opravitelný měkký materiál
Základem elektronického vlákna jsou pružné mikrotranzistory napojené na pozlacené filamenty. Část tranzistoru tvoří vodič podobný plastu, který propojuje vstupující a vystupující vlákna a reguluje průchod elektronů podobně jako kohoutek.
Další součástí jsou eutektogely. Ty vytvářejí mezi konci vláken mezeru menší než jeden milimetr a prostřednictvím rezistorů, kondenzátorů či dalších komponent pomáhají řídit tok elektronů. Materiál je stabilní a dostatečně měkký pro kontakt s lidským tělem. Poškozený tranzistor lze podle týmu opravit působením nízké teploty, přestřižení samotného vlákna jej však zničí.
Pro využití v Česku i jinde by bylo podstatné, že stejný princip lze začlenit do různých druhů textilu a přizpůsobit konkrétnímu způsobu nošení.
Výroba se obejde bez čistých prostor
Výroba prototypu nevyžaduje jemnou fotolitografii běžnou při tvorbě integrovaných obvodů, vysokoteplotní zpracování ani čisté prostory. Protože postup pracuje s textilními materiály a měkkými polymery, autoři očekávají, že budoucí produkce by mohla být levná.
Hlavní autor studie a doktorand elektrotechniky na Tuftsově univerzitě Wenxin Zeng zároveň zdůraznil, že technologická platforma je teprve na začátku. Tým chce zlepšit rychlost a přesnost výroby i schopnost vláknových obvodů vykonávat složitější funkce. Elektronické vlákno se tak řadí k dalším zkoumaným nenápadným monitorům, mezi něž patří nanášecí elektronická tetování, kožní samolepky nebo náplasti se stetoskopickou funkcí.
Dali byste při zdravotním monitorování přednost senzoru ukrytému v oblečení před chytrými hodinkami či náplastí?
