Notizia

Jun 22, 2023

Ultra

A paper published in Nature Communications posited that a graphene e-tattoo

Un articolo pubblicato su Nature Communications ha ipotizzato che un tatuaggio elettronico al grafene (GET) sul palmo della mano potrebbe monitorare l’attività elettrodermica ambulatoriale (EDA), che può essere un indicatore dello stress mentale.

I ricercatori dell’Università del Texas ad Austin e della Texas A&M University hanno cercato di sviluppare un sensore EDA che non soffra degli stessi difetti dei sensori esistenti, come design ostruttivi e stigmatizzanti che non sono compatibili con l’uso nel mondo reale. I ricercatori avevano precedentemente sviluppato un GET impercettibile e sottile meno di un micron, ma avevano difficoltà a collegare il GET con i circuiti rigidi necessari per elaborare e trasmettere i dati EDA. In questo studio è stata sviluppata e testata una nuova versione del GET per verificarne la capacità di riportare dati EDA in condizioni reali.

Il GET è composto da 2 nastri serpentini eterogenei parzialmente ricoperti d'oro e privi di adesivo. Il GET è accompagnato da un braccialetto che ospita il circuito rigido e gli elettrodi che si collegano ai 2 nastri a serpentina consentendo il monitoraggio EDA wireless in tempo reale.

In un esperimento di prova, 5 partecipanti hanno indossato il GET e un sensore comparatore a base di gel mentre guardavano un video di 13 minuti con 5 scenari progettati per suscitare aspettative, risposte emotive incontrollate, emotive controllate e assuefazione.

Durante le prove, le risposte EDA misurate dal GET tendevano ad avere meno flessioni nel livello di conduttanza cutanea e un output di risposta di conduttanza cutanea simile rispetto al sensore gel. Tuttavia, non sono state osservate differenze significative tra i risultati (tutti P > 0,05), indicando che il risultato EDA misurato con GET era robusto se confrontato con un dispositivo esistente a base di gel.

Per testare il GET in scenari di movimento e utilizzo del mondo reale, i ricercatori hanno tentato movimenti tipici della mano, come stringere, piegare il polso, afferrare un cellulare e colpire. Durante i movimenti, il GET registrava piccoli artefatti di movimento che differivano dai segnali di risposta della conduttanza cutanea e potevano essere facilmente identificati e rimossi dall'output.

Per testare la durabilità del GET, sono stati condotti 300 cicli di sfregamento del metallo per simulare la digitazione su un laptop più 300 cicli di sfregamento del legno per simulare il lavoro alla scrivania, l'esposizione temporanea all'acqua e gli esperimenti sull'umidità ambientale. Il sensore GET è sopravvissuto sia all'attrito che alle perturbazioni dell'acqua con risultati EDA comparabili prima e dopo le condizioni sperimentali.

Un partecipante ha utilizzato il sensore GET per lunghi periodi di tempo. In tre sessioni di monitoraggio EDA ininterrotto della durata di 15 ore che includevano esercizio fisico, guida e sonno, il GET non ha richiesto la sostituzione.

Nelle situazioni in cui il sensore GET smetteva di segnalare l'output EDA, non è stato riscontrato alcun guasto meccanico nel dispositivo GET. Invece, lo strato di oro su poliimmide si è rotto nell’area in cui il componente d’oro aveva la massima sollecitazione.

Non sono stati segnalati effetti avversi di irritazione cutanea.

Questo sensore GET è la prima interfaccia estensibile in grado di monitorare l'EDA ambulatoriale in condizioni reali di movimento libero.

Potresti spiegare a grandi linee i tuoi interessi di ricerca?

Negli ultimi 11 anni, il mio laboratorio ha progettato una varietà di adesivi per tatuaggi elettronici indossabili e non invasivi che possono essere attaccati a diverse aree e posizioni della pelle per misurare diversi dati biometrici. L'obiettivo è digitalizzare il corpo umano, proprio come digitalizziamo un'auto o un aereo, in modo da poter sapere cosa sta succedendo al corpo umano in termini di prestazioni, emozioni e così via. Gli attuali dispositivi indossabili, come gli smartwatch o gli anelli intelligenti, hanno solo posizioni e modalità limitate. Ma in realtà ogni centimetro della nostra pelle irradia dati. Le attività cerebrali irradiano l'EEG (elettroencefalogramma), l'ECG del battito cardiaco (elettrocardiogramma) e l'SCG (sismocardiogramma) e l'EMG dei muscoli (elettromiogramma). Questi tipi di segnali devono essere misurati proprio sopra il tessuto bersaglio. Ecco perché vogliamo avere una rete di sensori distribuita per misurare simultaneamente segnali multimodali da più posizioni. Ma i dispositivi indossabili commerciali sono ancora basati su componenti elettronici rigidi che di solito sono piuttosto ingombranti e non compatibili con le superfici morbide e sinuose della nostra pelle. Ecco perché stiamo costruendo tatuaggi elettronici che sono ultrasottili, ultramorbidi, fondamentalmente con capelli sottili e pelle morbida, ma funzionanti elettronicamente. Sono dispositivi indossabili simili ad adesivi temporanei per tatuaggi. Non sono permanenti e possiamo incorporarvi sensori, processori, chip Bluetooth e batterie.