Ученые Пенсильванского университета создали проводящие чернила, которые наносятся кистью прямо на кожу и после высыхания работают как электроды носимого датчика. В состав можно добавить краситель и превратить чувствительный элемент в цветной узор, символ или персонажа. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Электроды нужны, чтобы улавливать слабые электрические сигналы организма. По ним можно записывать ЭКГ (электрическую активность сердца), ЭМГ (сигналы работающих мышц) и ЭЭГ (активность головного мозга). Однако обычные металлические контакты довольно жесткие и могут отходить от тела при движении. Мягкие гидрогелевые аналоги лучше повторяют форму кожи, но постепенно теряют влагу и хуже держатся.
Новые чернила изготовлены на водной основе из смеси полимеров и проводящих компонентов. Во влажном состоянии масса напоминает краску или клей, а после высыхания превращается в тонкий эластичный слой. Он заполняет неровности кожи и почти не оставляет воздушного промежутка между телом и электродом. Благодаря этому сигнал получается стабильнее даже на влажной, покрытой волосками или постоянно движущейся коже.
Край нарисованного электрода соединяется с пористой серебряной тканью, гибким проводящим материалом. К ней подключается небольшой электронный модуль, который обрабатывает данные и передает их на компьютер по беспроводной связи. Сама краска растягивается вместе с кожей, а пористая основа пропускает влагу и снижает риск того, что контакт отклеится во время движения.
В испытаниях электроды записывали работу сердца во время повседневных занятий и физических упражнений. С их помощью исследователи также считывали сокращения мышц предплечья и передавали команды роботизированной кисти. Человек мог управлять ее движениями за счет собственной мышечной активности.
После использования рисунок можно смыть и нанести заново. Дорогая электроника при этом остается у владельца, а расходуется только небольшое количество чернил. Такой подход может сделать носимые датчики менее заметными и удобными для детей, спортсменов и людей, которым требуется длительное наблюдение за состоянием организма.
При этом окрашиваемые электроды не являются батареей и сами не вырабатывают энергию. Они служат проводящим интерфейсом, связующим кожу с измерительным устройством. Пока разработка остается лабораторным прототипом, на который подана предварительная патентная заявка. В дальнейшем команда планирует приспособить систему для наблюдения за другими показателями организма и изучить возможности ее медицинского применения.
Ранее Наука Mail рассказала об ультразвуковом пластыре, который воздействует на глубинные области мозга и отслеживает его активность во время сна.