Следующей носимой технологией может быть… ваша кожа

Технологии могут быть неудобными. Наши карманы отягощают гигантские смартфоны, которые невозможно быстро вытащить, если куда-то бежишь. Попытки сделать наши устройства более доступными с помощью умных часов пока сложно назвать успешными. Но что, если бы часть вашего тела стала компьютером, с экраном у вас на руке и, может быть, даже прямой связью с вашим мозгом?


Искусственная электронная кожа (e-skin) однажды может воплотить это в реальность. Ученые разрабатывают гибкие, сгибаемые и даже растягиваемые электронные схемы, которые можно будет применить непосредственно к коже. И помимо превращения вашей кожи в тачскрин, такой подход может быть полезен, если человек получил ожоги или имеет проблемы с нервной системой.

Простейший вариант этой технологии — электронная татуировка. В 2004 году ученые из США и Японии представили схему датчика давления, изготовленную из предварительно растянутых тонких кремниевых полос, которую можно было приложить прямо к предплечью. Но неорганические материалы вроде кремния жесткие, а кожа гибкая и растяжимая. Поэтому исследователи находятся в поиске электронных микросхем, которые можно было бы делать из органических материалов (как правило, специального пластика или форм углерода вроде графена, которые проводят электричество) в качестве основы для электронной кожи.

Типичная электронная кожа состоит из матрицы различных электронных компонентов — гибких транзисторов, органических светодиодов, датчиков и органических фотовольтаических (солнечных) ячеек — соединенны между собой с помощью растягиваемых или гибких токопроводящих проводов. Эти устройства делают из очень тонких слоев материала, которые распыляются или выпариваются на гибкой основе, производя большие (до нескольких десятков квадратных сантиметров) электронные схемы в форме, подобной коже.

Значительная часть усилий по созданию этой технологии в последние несколько лет рождалась благодаря робототехнике и желанию придать машинами человеческие тактильные качества. У нас имеются устройства на основе электронной кожи, которые чувствуют приближение объектов, могут измерять температуру и оказывать давление. Это помогает роботам быть более осведомленными об их окружении (и людях, которые могут оказаться на пути). В случае интеграции в носимые технологии, электронная кожа может делать то же для людей, к примеру, обнаруживая вредные или небезопасные движения во время спортивных упражнений.



Подобная технология также привела к созданию гибких экранов; как минимум одна компания надеется превратить кожу в тачскрин, используя датчики и пикопроекторы вместо дисплея.

Но сможем ли мы однажды встроить эту технологию прямо в наши тела? Будет ли это распространено? Проблема органической электроники в данный момент такова, что она не очень надежда и демонстрирует не самую высокую производительность. В конце концов, даже на электронной коже образуются морщины. Слои распадаются и схемы нарушаются. Вдобавок атомы в органических материалах расположены более хаотично, чем в неорганических. Из-за этого электроны в них движутся в 1000 раз медленнее, устройства работают медленнее и имеют проблемы с отводом тепла.

Биосовместимость

Другая серьезная проблема в том, как интегрировать электронную кожу в человеческое тело, чтобы не создать сопряженные медицинские проблемы и привязать ее к нервной системе. Органические материалы в своей основе имеют углерод (как и наши тела), так что в некотором смысле являются биосовместимыми и не отталкиваются телом. Но частицы углерода хорошо проходят через клетки, из которых состоит наше тело, а значит могут приводить к воспалению, вызывать иммунную реакцию и, возможно, даже приводить к появлению опухолей.



И все же ученые добились определенного успеха, пытаясь привязать электронные устройства к нервной системе. Ученые из Университета Осаки разрабатывают импланты мозга из гибкой матрицы органических тонкопленочных транзисторов, которые могут быть активированы одной лишь силой мысли. Сложность в том, что инвазивный подход может привести к проблемам, особенно когда мы начнем испытание технологии на людях.

В ближайшие годы мы определенно увидим, как прототипы устройств на основе электронной кожи набирают обороты в форме носимых телесных датчиков и, возможно, в форме устройств для извлечения энергии из движений тела. Куда больше времени уйдет на разработку сложных микросхем вроде тех, что присутствуют в наших смартфонах. А сколько людей вообще пойдет на это? Вы готовы стать киборгом на все 99%?