Οι «wearable» αισθητήρες εξελίσσονται, περνώντας από τα ρολόγια και τα ηλεκτρόδια σε εύκαμπτες συσκευές που επιτρέπουν πολύ ακριβέστερες βιομετρικές μετρήσεις- παραμένοντας ταυτόχρονα άνετες στη χρήση. Σε αυτό το πλαίσιο, διεθνής ομάδα ερευνητών πήγε ακόμα παραπέρα, εκτυπώνοντας αισθητήρες απευθείας πάνω στο ανθρώπινο δέρμα, χωρίς τη χρήση θερμότητας.
Με επικεφαλής τον Χουανιού Τσενγκ του Penn State, η ομάδα δημοσίευσε τα αποτελέσματά της στο ACS Applied Materials & Interfaces.
«Σε αυτό το άρθρο αναφέρουμε μια απλή μα κοινώς εφαρμόσιμη τεχνική κατασκευής με τη χρήση ενός πρωτοποριακού στρώματος υποβοήθησης πυροσυσσωμάτωσης, που επιτρέπει απευθείας εκτύπωση για αισθητήρες στο σώμα» είπε ο Λινγκ Ζανγκ, ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Χαρμπίν στην Κίνα και στο εργαστήριο του Τσενγκ.
Ο Τσενγκ και οι συνάδελφοί του είχαν στο παρελθόν αναπτύξει εύκαμπτα εκτυπωμένα κυκλώματα για χρήση σε wearable αισθητήτες, αλλά η εκτύπωση απευθείας στο δέρμα παρεμποδιζόταν από την διαδικασία σύνδεσης για τα μεταλλικά τμήματα του αισθητήρα. Η διαδικασία αυτή, το αποκαλούμενο sintering (πυροσυσσωμάτωση) κατά κανόνα απαιτεί θερμοκρασίες 300 βαθμών Κελσίου για να «δένονται»μεταξύ τους τα νανοσωματίδια ασημιού του αισθητήρα.
«Η επιφάνεια του δέρματος δεν μπορεί να αντέξει τόσο υψηλές θερμοκρασίες, προφανώς» είπε ο Τσενγκ. «Για να υπερβούμε αυτόν τον περιορισμό, προτείναμε ένα στρώμα υποβοήθησης πυροσυσσωμάτωσης- κάτι που δεν θα έβλαπτε το δέρμα και θα μπορούσε να βοηθήσει το υλικό να πυροσυσσωματώνεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία». Προσθέτοντας ένα νανοσωματίδιο στο μείγμα, τα σωματίδια ασημιού ενώνονται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, περίπου 100 βαθμών Κελσίου- που είναι κατάλληλες για ρούχα και χαρτί, αλλά παραμένουν πολύ υψηλές για το δέρμα. Όπως είπε ο Τσενγκ, για αυτόν τον λόγο άλλαξε η φόρμουλα του στρώματος, καθώς και το υλικό εκτύπωσης, και διαπιστώθηκε πως το sintering ήταν δυνατό σε θερμοκρασία δωματίου. Αφού ο αισθητήρας εκτυπωθεί πάνω στο δέρμα, τότε αρκεί ένα πιστολάκι μαλλιών για να απομακρυνθεί το νερό που χρησιμοποιείται ως διαλυτικό στη μελάνη.
Οι αισθητήρες αυτοί είναι ικανοί για ακριβή και συνεχή μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας, επιπέδων οξυγόνου στο αίμα και σήματα για τη λειτουργία της καρδιάς, σύμφωνα με την Τσενγκ. Επίσης, οι ερευνητές συνέδεσαν τους αισθητήρες σε ένα δίκτυο με δυνατότητες ασύρματης μετάδοσης, για την καταγραφή των συνδυασμών των σημάτων. Οι αισθητήρες μπορούν να παραμένουν κανονικά πάνω στο δέρμα για ημέρες, αλλά αρκεί ένα ζεστό ντους για την αφαίρεσή τους, χωρίς να υφίσταται οποιαδήποτε βλάβη το δέρμα.