Számítógépet vezérel és izmokat stimulál az elektromos tapasz

Olyan, mint egy matricás tetoválás, de közben szívritmust mér és agyhullámokról gyűjt információt az ultravékony öntapadós mikroelektronika. Az új fejlesztésű, emberi bőrre tökéletesen illeszkedő tapasz elmossa a határokat a biológia és az elektronika között.

Vékonyabb egy hajszálnál, de érzékelők, LED-ek, vezeték nélküli antennák és napelemek vannak azon bőrre ragasztható eszközön, amelyet a közelmúltban mutatott be egy nemzetközi kutatócsoport a Science folyóiratban. Az epidermális elektronikai rendszernek (Epidermal Electronic System, EES) nevezett tapasz egyszerre képes figyelni a szívet, az agyhullámokat és az izomaktivitást anélkül, hogy hatalmas készülékekre, vezetékekre és vezetőképes gélekre volna szükség.

Az áramkör egyesíti magában az érzékelés, az orvosi diagnosztizálás, a kommunikáció és az ember-gép interfészek eszközeit egy olyan vékony felületen, amely könnyedén illeszthető a bőrre, rugalmas és kényelmes, mint egy ideiglenes tetoválás. Az eszköz egy nagy nemzetközi összefogás eredményeként született, a munkában részt vettek az Illinois, a Northwestern és a Tufts Egyetem kutatói, valamint a kínai Dalian Műszaki Egyetem és a szingapúri Institute of High Performance Computing mérnökei.

A kutatók célja az volt, hogy egy olyan technológiát állítsanak elő, amely úgy integrálható az emberi bőrrel, hogy közben nem zavarja a viselőjét. A tapasz alapját egy vízzel oldható műanyag képezi, és a bőrre helyezve, majd vizes kézzel lesimítva odatapad, mint egy matricás tetoválás. Sikerült elmosni a határokat a kemény, törékeny elektronika és a lágy, rugalmas biológia között, mondta a kutatásban részt vevő Yonggang Huang, a Northwestern Egyetem mérnöke.

A tapasz felhelyezése

A jelenlegi monitorozó eszközökkel szemben az EES előnye a kis súly, a külső vezetékek hiánya és a jelentéktelen energiaigény. Utóbbi könnyedén kielégíthető miniatűr napkollektorokkal, melyek fény- vagy elektromágneses sugárzást alakítanak át elektromos energiává. A tapasz vastagsága mindössze 50 mikron, vagyis vékonyabb, mint egy hajszál (egy mikron, azaz egy mikrométer a milliméter ezredrésze). A készülék élettartama ideális körülmények között 24 óra, de ha sikerül megoldani az energiatárolást, akkor ez bő egy hétre növekedhet. (Ennél hosszabb ideig azért nem, mert a bőr körülbelül kéthetes periódusokban folyamatosan megújul.) Az eszköz hátránya, hogy az adatokat még nem lehet vezeték nélküli hálózaton keresztül letölteni, ehhez még vékony kábelekre van szükség.

A tapasznak számos orvosbiológiai használati lehetősége van, például alkalmas izomaktivitást mérő elektromiográfiára (EMG) vagy agyhullámokat vizsgáló elektroenkefalográfiára (EEG). Az alig észrevehető érzékelő lehetővé teszi az agyhullámok természetes körülmények közötti vizsgálatát, melyre eddig az eszközök nagy mérete miatt nem volt lehetőség. De a normál aktivitás közbeni monitorozással nemcsak az egészségi állapot folyamatos megfigyelése valósulhat meg, hanem a kognitív (gondolkodással kapcsolatos) állapot és az alvás közbeni viselkedésmintázatok tanulmányozása is.

Az adatgyűjtésen kívül a bőrre erősített elektronika kiegészítő képességekkel szolgálhat a viselőjének. Az izombetegségekkel vagy neurológiai problémákkal küzdők (ALS) használhatják például izomműködés stimulálására vagy számítógépekkel való kommunikációra. A későbbiekben hő vagy elektromos stimulációval alkalmas lehet a sebgyógyulás elősegítésére is A kutatók arra is rájöttek, hogy ha a torokra helyezik a tapaszt, akkor az érzékelők képesek megkülönböztetni a beszédet az egyszerű izommozgástól. Sőt, még egy hangvezérléssel működő videojátékot is tudtak irányítani, demonstrálva ezzel az ember-számítógép interfészben rejlő lehetőségeket.

A fejlesztésben részt vevő John A. Rogers és kutatócsoportja már régóta foglalkozik nyúlékony, rugalmas eszközök fejlesztésével, de egy olyan elektronika fejlesztéséhez, amely tökéletesen illeszkedik a bőr torzulásaihoz, teljesen új módszerekre volt szükség. Az emberi bőr lehet egyszerre nagyon rugalmas, miközben a felszíne meg egészen durva, jelentős mikroszkopikus mintázattal. Rogersék végül egy olyan konstrukciót fejlesztettek, melyben a különböző eszközök áramkörei összetekeredve találhatók, így a bőrre helyezve könnyedén követik a felület változásait, miközben megőrzik funkciójukat.

A tapasz viszonylag könnyen előállítható, készítése során ugyanis a kutatók a félvezetők gyártásához hasonló technológiát használtak. Az elkövetkezendő időszakban megpróbálják majd integrálni a tapaszra helyezett különböző elemeket, hogy ne külön-külön, hanem egy rendszerként működjenek.

Az egészségügyben egyre gyakrabban használnak kommunikációs technológiákon alapuló eszközöket a megelőzésben, ellenőrzésben és kezelésben, ezt a gyakorlatot telemonitoringnak nevezik. A páciens otthonában elhelyezett kisméretű, hordozható monitorozó készülékek folyamatos megfigyelést tesznek lehetővé, és a rögzített adatok eljutnak az orvoshoz, aki azok alapján tudja meghatározni a kezelést.

A hazánkban ma még többnyire csak távfelügyeleti rendszereket alkalmaznak az idősek, egyedülállóak, folyamatos felügyeletet igénylő személyek otthoni ellenőrzésére. A mobilhálózaton vagy interneten keresztül működő eszközök kétirányú kommunikációt tesznek lehetővé. A rászoruló egy karóra segítségével bármikor segítséget kérhet a központból, de a diszpécserszolgálat is fel tudja őt hívni, hogy ellenőrizzék, minden rendben van-e.