Una pelle elettronica in grado di autoripararsi velocemente, progettata per il monitoraggio elettrofisiologico non invasivo e dalle molteplici potenzialità applicative: dalla valutazione dei percorsi di riabilitazione al monitoraggio in tempo reale delle prestazioni lavorative a rischio, per identificare eventuali criticità per la sicurezza e la salute.
È stata messa a punto da un team del Terasaki Institute for Biomedical Innovation di Los Angeles.
E-skin autorigenerante
In un articolo pubblicato su Science Advances, il team illustra che questa e-skin recupera oltre l’80% della sua funzionalità in soli dieci secondi dopo un danno e questo, sottolineano i ricercatori, rappresenta un netto miglioramento rispetto alle tecnologie esistenti che richiedono minuti o persino ore per ripararsi. «Questa tecnologia rappresenta una svolta per l’elettronica indossabile» afferma Yangzhi Zhu, che ha conseguito il dottorato in Ingegneria chimica all’UC Riverside, e ha poi svolto attività di ricerca nel dipartimento di nanoingegneria dell’University California San Diego. «Avendo ridotto i tempi di autoriparazione da minuti a pochi secondi, abbiamo superato uno dei principali ostacoli all’uso pratico di questi dispositivi».
Il suo laboratorio di ricerca è impegnato nello sviluppo di dispositivi bioelettronici indossabili per applicazioni diagnostiche e terapeutiche e, come spiega Yangzhi Zhu, assicurarne un funzionamento continuo e affidabile rappresenta una sfida cruciale per l’efficacia del monitoraggio elettrofisiologico con tecnologia wearable. I dispositivi elettronici tradizionali, infatti, si guastano spesso quando vengono graffiati o danneggiati accidentalmente, e questo ne limita inevitabilmente l’applicazione pratica e l’uso nella quotidianità .
E-skin per dispositivi indossabili per il monitoraggio della salute
Questa e-skin è realizzata in poliuretano termoplastico, un materiale scelto per la sua morbidezza, traspirabilità , biocompatibilità e resistenza meccanica. Combina una rapida capacità di autoriparazione con prestazioni affidabili anche in condizioni estreme, come sott’acqua e a diverse temperature e livelli di umidità . Inoltre, integra elettronica wireless, algoritmi di intelligenza artificiale e sistemi di monitoraggio di diversi segnali fisiologici. Queste caratteristiche le consentirebbero di valutare in tempo reale l’attività muscolare e l’affaticamento, classificarli e prevederli, rendendola utile per il monitoraggio delle prestazioni atletiche, il recupero postoperatorio nei percorsi di riabilitazione e l’individuazione di potenziali rischi durante attività lavorative fisicamente impegnative
«L’aspetto più entusiasmante di questa innovazione è la sua immediata applicabilità » aggiunge Ali Khademhosseini, ceo del Terasaki Institute for Biomedical Innovation. «Abbiamo creato una tecnologia che non solo sopravvive all’usura quotidiana, ma continua a fornire un accurato monitoraggio della salute anche in condizioni difficili, come per esempio gli ambienti subacquei. E questo apre possibilità completamente nuove per il monitoraggio della salute».
La capacità dell’e-skin dell’Istituto Terasaki di ripristinare rapidamente la propria struttura dopo danni meccanici o lacerazioni garantirebbe, infatti, una migliore durata nel tempo e una maggiore affidabilità , in termini di monitoraggio preciso a lungo termine di diversi parametri (per esempio ECG e sEMG, l’elettromiografia di superficie, consentono di identificare potenziali rischi, come attacchi cardiaci o lesioni muscolari).
«Immaginiamo – dicono i due ricercatori – che questo “cerotto” di e-skin a rapida autoriparazione possa offrire vantaggi a un gruppo eterogeneo di utenti, tra cui lavoratori edili, atleti, personale militare, e possa contribuire a prevenire e gestire lesioni legate ad attività lavorative ad alta intensità , ottimizzare i regimi di allenamento o la fisioterapia monitorando i progressi del recupero in tempo reale».
I progressi della skintronics per il monitoraggio della salute
Come illustrato dal team in una revisione pubblicata su Science Direct, la bioelettronica indossabile combina l’elettronica con i sistemi biologici per monitorarne e controllarne diversi processi. Un dispositivo bioelettronico può convertire segnali biologici, come segnali fisici, fisiologici e metabolici, in segnali elettrici misurabili. La principale limitazione dei dispositivi indossabili attualmente in commercio, inclusi gli smart watch, è lo scarso contatto con la pelle, con conseguente minore rapporto segnale/rumore a discapito dell’accuratezza della misurazione. Inoltre, questi dispositivi indossabili possono limitare la mobilità di chi li indossa.
I dispositivi elettronici interfacciati con la pelle (skintronics) possono superare questi limiti, garantendo un contatto diretto con l’epidermide e offrendo la possibilità di monitorare più segnali fisici, fisiologici e biochimici senza interferire con la routine quotidiana degli utenti. «I progressi nella skintronics aprono dunque nuovi scenari per il monitoraggio della salute e la medicina digitale» scrive Yangzhi Zhu.
Sono diversi, infatti, i gruppi di ricerca che stanno lavorando alla messa a punto di pelle elettronica autoriparante, combinando biomateriali avanzati e nanotecnologie per sviluppare dispositivi che imitino l’elasticità , la capacità di autoguarigione e l’elevata resistenza meccanica della pelle umana.
«Le e-skins rappresentano una tecnologia trasformativa che si integra perfettamente con i paradigmi della telemedicina, dell’assistenza sanitaria personalizzata e della medicina di precisione» conclude il ricercatore.
