「表皮エレクトロニクス」は、一時的なタトゥーのように皮膚に剥がせる回路を貼り付ける

近い将来、入院患者はワイヤーやモニターにつながれなくなり、代わりに電子パッチが一時的に体に刺青されるようになるだろう。医師は患者のバイタルサインを突いたりつついたりせずに監視できるようになり、首にパッチを着けた患者はロボットとコミュニケーションをとることもでき、ロボットは喉の筋肉の動きを簡単な言葉に翻訳する。

一時的なタトゥーほど侵襲性のない新しい電子皮膚パッチは、人間と機械のインターフェースに大きな進歩をもたらす。皮膚とともに伸びる小さな半導体回路を人の皮膚に擦り付けることで、かさばる医療機器を使わずに、筋肉の活動、心臓の活動、さらには脳波をリアルタイムで監視できる。

表皮電子回路は、まず超薄型の可溶性プラスチックシートに取り付けられ、一時的なタトゥーのように水で皮膚にラミネートされます。装着後は、装着者の皮膚に合わせて曲げたり、しわになったり、伸びたりします。外れたり、折れたりすることはありません。これは高性能半導体であることを考えると、決して小さな偉業ではありません。不要になったら、日焼けした皮膚の層のように剥がれます。下のビデオで動作を確認してください。

この装置は接着剤や静電気ではなく、ファンデルワールス力と呼ばれる密着した原子間力によって皮膚に接着する。この力は使用者には基本的に見えない。研究者らの報告によると、接着力は最長24時間持続するという。

UI によると、このデバイスを考案したイリノイ大学の研究者らは、センサー、LED、トランジスター、無線周波数コンデンサー、無線アンテナなど、さまざまな部品で回路を作製し、それが機能することを証明した。このデバイスは、誘導または小型太陽電池から電力を引き出すことができる。

発明者らは、この技術はさまざまな医療用途、特に心臓や筋肉の活動をモニターするセンサーに使用できると述べている。心臓や筋肉の活動を監視するセンサーには、現在、導電性のゲル、テープ、ワイヤーが必要だ。それを証明するために、彼らは心臓、脳、骨格筋が発する電気活動を測定したと、今週発行のサイエンス誌に報告している。

通常の環境で脳の機能を研究することは今のところ不可能だ。EEG を使用するには、患者は研究室にいるか、複雑なヘルメットをかぶらなければならない。しかし、このパッチを使えばそれが可能になるかもしれない。あるいは、コミュニケーションが取れない変性疾患の患者が、このパッチを使ってコンピューターに接続できると想像してみてほしい。

国立科学財団によると、喉パッチの実験では、パッチは研究チームがいくつかの単語を区別できるほどの精度があったという。彼らは音声起動のビデオゲームを90パーセント以上の精度で操作することさえできた。

「この技術は、非常に自然で快適な方法で、現実世界とサイバー世界をつなぐことができる」と研究チームの共同リーダーであるUI電気・コンピュータ工学教授トッド・コールマン氏は述べた。

この回路は、塊状では脆い半導体を曲げられるバージョンにする新しい製造方法によって可能になった。ノースウェスタン大学の工学研究者も含まれる研究チームは、UI のニュースリリースによると、「フィラメント状サーペンタイン」と呼ぶ新しいデバイス形状を開発した。さまざまなデバイスの回路は、上の写真に示すように、小さな曲がりくねったワイヤーとして製造されている。回路の波状形状により、機能を維持しながら曲げたり、ねじったり、縮めたり、伸ばしたりすることができる。

「電子工学と生物学の境界があいまいになっているのが、まさにここでの重要なポイントです」とノースウェスタン大学の工学教授、ヨンガン・ファン氏は言う。「既存の電子工学はすべて硬くて剛性が高い。生物学は柔らかくて弾力性がある。この2つの世界は異なる。これが、この2つを真に統合する方法なのです」