Technologie kan lastig zijn. Onze zakken worden verzwaard door gigantische smartphones die niet snel kunnen worden uitgetrokken als je ergens rent. Pogingen om onze apparaten toegankelijker te maken met smartwatches zijn tot dusverre nauwelijks succesvol. Maar wat als een deel van je lichaam een computer wordt, met een scherm op je hand en misschien zelfs een directe link naar je hersenen?
Kunstmatige elektronische huid (e-skin) kan dit ooit een realiteit maken. Wetenschappers ontwikkelen flexibele, buigbare en zelfs rekbare elektronische schakelingen die rechtstreeks op de huid kunnen worden aangebracht. En naast het veranderen van je huid in een touchscreen, kan deze aanpak handig zijn als een persoon is verbrand of problemen heeft met het zenuwstelsel.
De eenvoudigste versie van deze technologie is elektronische tatoeage. In 2004 presenteerden wetenschappers uit de Verenigde Staten en Japan een druksensorcircuit gemaakt van voorgerekte dunne siliconen strips die rechtstreeks op de onderarm konden worden aangebracht. Maar anorganische materialen zoals siliconen zijn taai en leer is flexibel en rekbaar. Daarom zijn onderzoekers op zoek naar elektronische microschakelingen die gemaakt kunnen worden van organische materialen (meestal speciale kunststoffen of vormen van koolstof zoals grafeen die elektriciteit geleiden) als basis voor de elektronische huid.
Een typische elektronische huid bestaat uit een matrix van verschillende elektronische componenten - flexibele transistors, OLED's, sensoren en organische fotovoltaïsche (zonne) cellen - die met elkaar zijn verbonden door middel van rekbare of flexibele geleidende draden. Deze apparaten zijn gemaakt van zeer dunne materiaallagen die op een flexibele basis worden gesproeid of verdampt, waardoor grote (tot enkele tientallen vierkante centimeters) elektronische schakelingen in een huidachtige vorm ontstaan.
Veel van de inspanningen om deze technologie de afgelopen jaren te creëren, zijn gedreven door robotica en de wens om machines een menselijke tastkwaliteit te geven. We hebben e-skin-apparaten die de nadering van objecten voelen, temperatuur meten en druk uitoefenen. Dit helpt robots om zich meer bewust te zijn van hun omgeving (en mensen die mogelijk in de weg zitten). Geïntegreerd in draagbare technologie kan e-skin hetzelfde doen voor mensen, bijvoorbeeld door tijdens het sporten schadelijke of onveilige bewegingen te detecteren.
Deze technologie heeft ook geleid tot flexibele schermen; minstens één bedrijf hoopt de huid in een touchscreen te veranderen, met behulp van sensoren en picoprojectoren in plaats van een display.
Maar kunnen we deze technologie op een dag rechtstreeks in ons lichaam inbouwen? Komt dit vaak voor? Het probleem met organische elektronica op dit moment is dat het niet erg veelbelovend is en niet de hoogste prestaties laat zien. Er ontstaan immers zelfs e-skinrimpels. De lagen vallen uiteen en de schema's worden verbroken. Bovendien zijn atomen in organische materialen chaotischer gerangschikt dan in anorganische materialen. Hierdoor bewegen elektronen erin 1000 keer langzamer, werken apparaten langzamer en hebben ze problemen met warmteafvoer.
Promotie video:
Biocompatibiliteit
Een andere grote uitdaging is hoe e-skin in het menselijk lichaam kan worden geïntegreerd om geen bijbehorende medische problemen te creëren en deze aan het zenuwstelsel te binden. Organische materialen zijn op koolstof gebaseerd (net als ons lichaam), dus in zekere zin zijn ze biocompatibel en worden ze niet afgestoten door het lichaam. Maar koolstofdeeltjes passeren goed de cellen waaruit ons lichaam bestaat, wat betekent dat ze kunnen leiden tot ontstekingen, een immuunrespons kunnen veroorzaken en mogelijk zelfs tot het ontstaan van tumoren kunnen leiden.
Toch hebben wetenschappers enig succes gehad bij het proberen elektronische apparaten aan het zenuwstelsel te koppelen. Wetenschappers van de Universiteit van Osaka ontwikkelen hersenimplantaten op basis van een flexibele matrix van organische dunne-filmtransistors die kunnen worden geactiveerd door alleen maar te denken. De uitdaging is dat een invasieve aanpak tot problemen kan leiden, vooral wanneer we de technologie gaan testen bij mensen.
In de komende jaren zullen we zeker zien dat prototypes van e-skin-apparaten grip krijgen in de vorm van draagbare lichaamssensoren en mogelijk apparaten om energie uit lichaamsbewegingen te halen. Er zal veel meer tijd worden besteed aan de ontwikkeling van complexe microschakelingen, zoals die aanwezig zijn in onze smartphones. Hoeveel mensen gaan ervoor? Ben je klaar om voor 99% cyborg te worden?
ILYA KHEL
