Målet: Koppla ihop artificiella huden med nervsystemet

2017-09-26 06:00 Johan Kristensson  

Artificiell hud, superkondensatorer av cellulosa och elektriskt ledande plast. Materialforskningen har kommit långt – men vill längre.

Apple Watch lanserades 2014 men det är bara början på vad Stanfordprofessorn Zhenan Bao kallar Bodynet: hur den digitala världen alltmer kopplas ihop med kroppen och den fysiska omgivningen. I framtiden kommer vi att få smarta kläder och till slut också elektronik som kan kommunicera med oss och direkt påverka vår kropp.

– Det kommer att ta tid men det går åt det hållet, säger Zhenan Bao under ett symposium, vid Linköpings universitets Norrköpingsfilial, som hålls för att uppmärksamma att Wallenbergs forskningsstiftelse fyller hundra år.

Tillsammans med kolleger utvecklar hon hudinspirerad elektronik. Den ska vara flexibel, självläkande och nedbrytbar. Den ska exempelvis kunna opereras in i en hjärna för att mäta tryckförändringar. Eftersom den är biologiskt nedbrytbar behöver den heller inte opereras ut när behovet inte längre finns.

Läs mer: Heta trenden: Ge nytt liv åt plast och stål

Ett annat användningsområde är proteser. Genom att klä protesen med den artificiella huden kan patienten få tillbaka känseln. Målet är att koppla ihop huden med nervsystemet.

Halvledaren kisel har lagt grunden för den digitala revolutionen. Men kisel är för skört för detta ändamål. Huden byggs därför upp av polymerer som ger flexibilitet. Små gummipyramider fyllda med nanotuber av kol bygger upp känselfunktionen.

När nanotuberna pressas ihop ökar ledningsförmågan och elektriska signaler kan passera ner till det flexibla kretslagret som sedan för dem vidare till en dator – eller i framtiden hjärnan. Forskarteamet har lyckats skapa signaler som liknar de huden producerar på egen hand.

– Vi har nu material med rätt egenskaper. Flaskhalsen utgörs av tillverkningsprocessen för att kunna skala upp, säger Zhenan Bao.

Ett annat nytt material finns på Campus Norrköpings Printed Electronics Arena, som precis som namnet antyder innehåller utrustning för att trycka elektronik på plastfilm. Tryckt elektronik har genomgått snabb utveckling de senaste åren. Liksom i Zhenan Baos artificiella hud handlar det om att dra nytta av upptäckten att exempelvis polymerer kan fungera som halvledare.

Läs mer: ”Hållbarhet avgörande för framtidens material”

Jesper Edberg och Anurak Sawatdee, utvecklingsingenjörer på Rise Acreo, utvecklar en superkondensator uppbyggd av kol, elektriskt ledande plast och cellulosa. Den bygger på forskning av professor Magnus Berggren.

Kondensatorn kan i likhet med ett batteri lagra energi men avge den i betydligt snabbare takt. Tillverkningen utgår från plastfilm på rulle som är täckt med ett tunt lager aluminium.

Genom så kallad torrmönstring skrapas utvalda områden av aluminiumet bort för att skapa ett kretsmönster. Enheterna är fyra gånger fyra centimeter stora och sammanlänkade.

Kol screentrycks på aluminiumet för att skydda mot det aktiva materialet som därefter läggs på. Det aktiva materialet består av en blandning av elektriskt ledande polymerer i flytande form och cellulosa. Cellulosan tillsätts för att skapa ett poröst nätverk så att elektrolyten enkelt kan röra sig i strukturen.

För att slutföra processen läggs två ark ihop. Mellan varje kondensatorenhet placeras en elektrolyt som absorberats i ett filterpapper. Elektrolyten utgörs av en saltlösning.

I dagsläget är det aktiva materialet mycket tunt, bara ett par mikrometer. Kondensatorns kapacitans är 10–12 millifarad per kvadratcentimeter. Målet är att tillverka enheter med hundra gånger tjockare aktivt lager för att öka kapacitansen.

– Särskilt vid tjockare lager är det viktigt att elektrolyten når överallt, säger Jesper Edberg.

Eftersom kondensatorerna kan produceras ”rulle-till-rulle” är målet att kunna skapa stora energilagringsenheter som lagrar exempelvis sol- och vindenergi i elnätet.

– De tänkta fördelarna gentemot batterier är bland annat miljö-, kostnads- och säkerhetsmässiga, säger han.

Nobelpris för ledande plaster år 2000

Alan J Heeger, Alan G MacDiarmad och Hideki Shirakawa fick år 2000 Nobelpriset i kemi för upptäckter kring hur polymerer, plaster, kan göras ledande.

För att en plast ska kunna bli elektriskt ledande krävs att elektronerna är fritt rörliga, som i metaller. Detta kräver i sin tur att molekylkedjan består av omväxlande enkel- och dubbelbindningar. Dessutom måste stabiliteten rubbas genom att elektroner rycks in i eller ut ur materialet. Detta kallas dopning. Pristagarna dopade en tunn film av polyacetylen vilket ökade ledningsförmågan en miljard gånger.

Källa: nobelprize.org

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt