Vi tenderar att ta vår huds skyddande funktion för given, ignorerar dess andra roller när det gäller att signalera subtiliteter som ett fladdrande hjärta eller en blödning av förlägenhet.

Nu, Stanfords ingenjörer har utvecklat ett sätt att upptäcka fysiologiska signaler som kommer från huden med sensorer som fastnar som plåster och strålar trådlösa avläsningar till en mottagare som fästs på kläderna.

För att demonstrera denna bärbara teknik, forskarna satte fast sensorer på handleden och buken på en testperson för att övervaka personens puls och andning genom att upptäcka hur huden sträcktes och drogs ihop med varje hjärtslag eller andetag. Likaså, klistermärken på personens armbågar och knän spårade arm- och benrörelser genom att mäta minut åtstramning eller avslappning av huden varje gång motsvarande muskel böjdes.

Zhenan Bao, professorn i kemiteknik vars labb beskrev systemet i en artikel i Nature Electronics den 15 augusti, tror att denna bärbara teknik, som de kallar BodyNet, kommer först att användas i medicinska miljöer som övervakning av patienter med sömnstörningar eller hjärtsjukdomar. Hennes labb försöker redan utveckla nya klistermärken för att känna av svett och andra sekret för att spåra variabler som kroppstemperatur och stress. Hennes slutmål är att skapa en rad trådlösa sensorer som fastnar på huden och som fungerar tillsammans med smarta kläder för att mer exakt spåra ett bredare utbud av hälsoindikatorer än de smarta telefoner eller klockor som konsumenter använder idag.

"Vi tror att det en dag kommer att vara möjligt att skapa en helkroppshudsensoruppsättning för att samla in fysiologiska data utan att störa en persons normala beteende, sa Bao, som också är K.K. Lee professor vid School of Engineering.

Töjbar, bekväm, funktionell

Postdoktorala forskare Simiao Niu och Naoji Matsuhisa ledde teamet på 14 personer som tillbringade tre år med att designa sensorerna. Deras mål var att utveckla en teknik som skulle vara bekväm att bära och som inte hade några batterier eller stela kretsar för att förhindra att klistermärkena sträcker sig och drar ihop sig med huden.

Deras slutliga design mötte dessa parametrar med en variant av RFID-tekniken för radiofrekvensidentifiering som används för att kontrollera nyckellöst tillträde till låsta rum. När en person håller ett ID-kort mot en RFID-mottagare, en antenn i ID-kortet hämtar en liten bit RFID-energi från mottagaren och använder denna för att generera en kod som den sedan skickar tillbaka till mottagaren.

BodyNet-klistermärket liknar ID-kortet:Det har en antenn som skördar lite av den inkommande RFID-energin från en mottagare på kläderna för att driva dess sensorer. Den tar sedan avläsningar från huden och skickar dem tillbaka till den närliggande mottagaren.

Men för att få det trådlösa klistermärket att fungera, forskarna var tvungna att skapa en antenn som kunde sträcka sig och böjas som hud. Det gjorde de genom att screentrycka metalliskt bläck på en gummidekal. Dock, när antennen böjs eller sträcks, dessa rörelser gjorde dess signal för svag och instabil för att vara användbar.

För att komma runt detta problem, Stanford-forskarna utvecklade en ny typ av RFID-system som kunde skicka starka och exakta signaler till mottagaren trots konstanta fluktuationer. Den batteridrivna mottagaren använder sedan Bluetooth för att regelbundet ladda upp data från klistermärkena till en smartphone, dator eller annat permanent lagringssystem.

Den första versionen av klistermärkena förlitade sig på små rörelsesensorer för att ta andnings- och pulsavläsningar. Forskarna studerar nu hur man integrerar svett, temperatur och andra sensorer i sina antennsystem.

För att flytta sin teknik bortom kliniska applikationer och till konsumentvänliga enheter, forskarna måste övervinna en annan utmaning – att hålla sensorn och mottagaren nära varandra. I sina experiment, forskarna klippte en mottagare på kläderna precis ovanför varje sensor. En-till-en-parning av sensorer och mottagare skulle vara bra vid medicinsk övervakning, men för att skapa ett BodyNet som någon kan bära när de tränar, antenner skulle behöva vävas in i kläder för att ta emot och sända signaler oavsett var en person sticker en sensor.