Oavsett om det kommer från regelbunden användning, överanvändning eller missbruk, varje enhet kommer att utveckla sprickor någon gång. Det är bara sakens natur.

Sprickor kan vara särskilt farliga, fastän, när man arbetar med biomedicinsk utrustning som kan innebära liv eller död för en patient.

En ny studie från en forskargrupp från Binghamton University använder topografin av mänsklig hud som en modell, inte för att förhindra sprickor utan för att rikta dem på bästa möjliga sätt för att undvika kritiska komponenter och göra reparationer enkla.

Studien, publicerad 17 september i tidskriften Vetenskapliga rapporter , leds av Binghamton University Docent i biomedicinsk teknik Guy German och Ph.D. student Christopher Maiorana. För studien, Maiorana konstruerade en serie enskikts- och tvåskiktsmembran av silikonbaserad polydimetylsiloxan (PDMS), ett inert och giftfritt material som används i biomedicinsk forskning. Inbäddade i lagren finns små kanaler avsedda att styra eventuella sprickor som bildas - som, när en del av en biomedicinsk utrustning, skulle ge mer kontroll över hur sprickorna bildas. Potentiell skada kan gå runt kritiska områden av flexibel elektronik, till exempel, öka dess funktionella livslängd.

"Inom detta relativt nya område av hyperelastiska material - material som verkligen kan sträcka sig - har det varit mycket arbete, men inte inom området för frakturkontroll, " sa German. "Brottkontroll har bara undersökts i mer spröda material."

Det som är särskilt viktigt, Maiorana och German sa, har PDMS som grund för det flexibla membranet, eftersom det är känt för sitt breda utbud av användningsområden. Studien integrerar även andra vanliga material.

"Vi gör det utan att använda något exotiskt material, " sa Maiorana. "Vi uppfinner inte någon ny metall eller keramik. Vi använder gummi eller modifierar vanligt glas för att göra dessa saker. Vi har tagit den här grundläggande idén och gjort den funktionell."

Germans pågående forskning om mänsklig hud fick honom att inse att det yttersta lagret – känt som stratum corneum – uppvisar ett nätverk av v-formade topografiska mikrokanaler som verkar kunna leda frakturer till huden.

Denna studie började med idén att återskapa denna effekt i icke-biologiska material. Tidigare försök att rikta mikrosprickor har använt mer solida medel, som kopparfilmer runt de känsligaste delarna av flexibla elektronikkomponenter.

"Även om det här membranet ser ut och känns exakt som ett normalt, tråkigt membran, " han sa, "du sträcker ut det och du kan få sprickor att avvika i 45-graders vinklar bort från där det vanligtvis skulle ha spruckit. Jag tycker det är ganska coolt."

På grund av den långa tillverkningstiden för membranen, Maiorana ägnade ofta en vecka åt att producera en och sedan riva isär den på några sekunder - bara för att börja om från början med nästa. Han krediterade den ökande precisionen av additiv tillverkning och dess förmåga att skriva ut allt mindre funktioner för att göra tillverkningen av membranen möjlig.

"Chris designade sina egna tillverkningssystem för att göra dessa substrat, " sa tyska, "eftersom han var tvungen att 3-D-printa en form och sedan använda det här smarta systemet för att kontrollera djupet av dessa kanjoner i underlaget. Det är verkligen tekniskt utmanande."

Maiorana tillade:"Det finns en viss nivå av konst i det. Du tror att det finns en hel vetenskaplig process, och där är, men en del av det är att du har gjort den här processen förut och du vet hur den ska se ut."

Den här studien, tyska sa, främjar biomedicinska ingenjörers strävan att lära av vad naturen redan har fulländat.

"Det spelar ingen roll hur bra ingenjör du är - evolutionen tänkte på det först, " sa han. "Evolution vinner alltid."