Den mjuka, flexibel hudskärm är cirka 1 millimeter tjock, och består av en 16 x 24 array av mikro-lysdioder och töjbara ledningar monterade på en gummiduk. Den tål upprepade sträckningar, med så mycket som 45 procent av sin ursprungliga längd, utan att visa någon förlust i funktion av dess elektriska och mekaniska egenskaper. Kredit:2018 Takao Someya Research Group.
En ny ultratunn elastisk display som sitter tätt mot huden kan visa den rörliga vågformen av ett elektrokardiogram registrerat av en andningsbar, elektrodsensor på huden. I kombination med en trådlös kommunikationsmodul, detta integrerade biomedicinska sensorsystem, kallas "hudelektronik, " kan överföra biometrisk data till molnet.
Denna senaste forskning från ett japanskt akademisk-industriellt samarbete, ledd av professor Takao Someya vid University of Tokyos Graduate School of Engineering, planeras för en nyhetsbriefing och föredrag på AAAS årsmöte i Austin, Texas den 17 februari.
Tack vare framstegen inom halvledarteknik, bärbara enheter kan nu övervaka hälsan genom att mäta vitala tecken eller ta ett elektrokardiogram, och sedan överföra data trådlöst till en smartphone. Avläsningarna eller elektrokardiogramvågformerna kan visas på skärmen i realtid, eller skickas till molnet eller en minnesenhet där informationen lagras.
Det nyutvecklade hudelektroniksystemet går ett steg längre genom att förbättra informationstillgängligheten för personer som äldre eller handikappade, som tenderar att ha svårt att använda och få data från befintliga enheter och gränssnitt. Det lovar att lätta på belastningen på hemsjukvårdssystemen i åldrande samhällen genom kontinuerlig, icke-invasiv hälsoövervakning och egenvård i hemmet.
Det nya integrerade systemet kombinerar en flexibel, deformerbar display med en lättviktssensor som består av en andningsbar nanomesh-elektrod och trådlös kommunikationsmodul. Medicinska data mätt av sensorn, såsom ett elektrokardiogram, kan antingen skickas trådlöst till en smartphone för visning eller till molnet för lagring. I den senaste forskningen, displayen visade en rörlig elektrokardiogramvågform som lagrades i minnet.
Ett integrerat "hudelektronik"-system möjliggör hälsoövervakning hemma och ger läkare fjärråtkomst till biometriska data som överförs trådlöst till ett medicinskt moln. Det lovar att förbättra egenvården och tillgången till medicinsk information för olika segment av befolkningen, inklusive barn och äldre. En tummen upp bild på huddisplayen fungerar som en indikator på god hälsa. Kredit:2018 Takao Someya Research Group.
Huddisplayen, utvecklat av ett samarbete mellan forskare vid University of Tokyos Graduate School of Engineering och Dai Nippon Printing (DNP), ett ledande japanskt tryckeri, består av en 16 x 24 array av mikrolysdioder och töjbara ledningar monterade på en gummiduk.
"Vår huddisplay uppvisar enkel grafik med rörelse, " säger Someya. "Eftersom den är gjord av tunna och mjuka material, den kan deformeras fritt."
Skärmen är töjbar med så mycket som 45 procent av sin ursprungliga längd.
Den är mycket mer motståndskraftig mot slitage av stretching än tidigare bärbara displayer. Den är byggd på en ny struktur som minimerar spänningen som uppstår vid sträckning av hårda material, som mikrolysdioder, och mjuka material, som de elastiska ledningarna – en ledande orsak till skador för andra modeller.
Det är den första töjbara skärmen för att uppnå överlägsen hållbarhet och stabilitet i luften, så att inte en enda pixel misslyckades i den matrisliknande displayen när den fästes tätt mot huden och kontinuerligt utsattes för kroppens sträckande och sammandragande rörelse.
Nanomesh-hudsensorn kan bäras på huden kontinuerligt i en vecka utan att orsaka inflammation. Även om denna sensor, utvecklats i en tidigare studie, kunde mäta temperatur, tryck och myoelektricitet (musklers elektriska egenskaper), den registrerade framgångsrikt ett elektrokardiogram för första gången i den senaste forskningen.
Forskarna tillämpade beprövade metoder som användes vid massproduktion av elektronik - specifikt, screentrycka silverledningarna och montera mikrolysdioderna på gummiduken med en chipmontering och lödpasta som vanligtvis används vid tillverkning av tryckta kretskort. Att tillämpa dessa metoder kommer sannolikt att påskynda kommersialiseringen av displayen och hjälpa till att hålla nere framtida produktionskostnader.
DNP strävar efter att ta ut den integrerade hudskärmen på marknaden inom de kommande tre åren genom att förbättra tillförlitligheten hos de töjbara enheterna genom att optimera dess struktur, förbättra produktionsprocessen för hög integration, och övervinna tekniska utmaningar som täckning av stora områden.
"Det nuvarande åldrande samhället kräver användarvänliga bärbara sensorer för att övervaka patientens vitals för att minska bördan för patienter och familjemedlemmar som tillhandahåller omvårdnad, " säger Someya. "Vårt system kan fungera som en av de efterlängtade lösningarna för att uppfylla detta behov, vilket i slutändan kommer att leda till att livskvaliteten förbättras för många."
