近い将来、入院患者はワイヤーやモニターにつながれることはなくなり、代わりに電子パッチが一時的に体に埋め込まれるようになるだろう。医師は患者のバイタルサインを、指でつついたり突いたりすることなくモニタリングできるようになる。首にパッチを装着した患者は、喉の筋肉の動きを簡単な言葉に変換してくれるロボットとコミュニケーションをとることさえできるようになるだろう。
タトゥーほどの侵襲性を持たない新しい電子皮膚パッチは、ヒューマン・マシン・インターフェースにおける大きな進歩となる。皮膚に合わせて伸縮する微小な半導体回路を皮膚に貼り付けることで、かさばる医療機器を使わずに、筋肉の活動、心臓の活動、さらには脳波までをリアルタイムでモニタリングできるようになる。
表皮電子回路は、まず極薄の可溶性プラスチックシートに実装され、水で皮膚にラミネートされます。まるでタトゥーのように。装着後は、装着者の皮膚に合わせて曲げたり、シワになったり、伸びたりします。剥がれたり、切れたりすることはありません。高性能半導体であるにもかかわらず、これは決して簡単なことではありません。不要になったら、日焼けした皮膚のように剥がれます。下の動画で、その様子をご覧ください。
このデバイスは、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の力によって皮膚に接着します。この力は、使用者には実質的に目に見えません。研究者によると、接着力は最大24時間持続します。
このデバイスを開発したイリノイ大学の研究者たちは、センサー、LED、トランジスタ、高周波コンデンサ、無線アンテナなど、様々な部品を使って回路を組み、動作を実証したとUIは伝えている。このデバイスは、誘導電流や小型太陽電池から電力を得ることもできる。
発明者らは、この技術が様々な医療用途、特に心臓や筋肉の活動をモニタリングするセンサーに利用できる可能性があると述べている。これらのセンサーは現在、導電性のゲル、テープ、ワイヤーを必要としている。その証明として、彼らは心臓、脳、骨格筋から発生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。
通常の環境で脳機能を研究することは今のところ不可能です。脳波計を使用するには、患者は実験室にいるか、複雑なヘルメットをかぶる必要があります。しかし、このパッチがあればそれが可能になるかもしれません。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ようになることを想像してみてください。
国立科学財団によると、喉パッチを使った実験では、パッチの精度が非常に高く、研究チームは複数の単語を区別することができたという。さらに、音声操作のビデオゲームを90%以上の精度で操作することもできた。
「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ます」と研究チームの共同リーダーであるイリノイ大学の電気・コンピュータ工学教授トッド・コールマン氏は述べた。
これらの回路は、バルク状態では脆い半導体を曲げられるよう設計する、革新的な製造方法によって実現しました。ノースウェスタン大学の工学研究者も参加する研究チームは、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」と呼ぶ新たなデバイス形状を開発しました。様々なデバイスの回路は、上の写真に示すように、細くくねったワイヤーとして製造されています。この波状の形状により、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可能になります。
「エレクトロニクスと生物学の境界が曖昧になっていることが、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・ファン氏は述べた。「既存のエレクトロニクスはすべて硬く、剛性が高い。一方、生物学は柔らかく、弾力性がある。この2つの世界は異なる。これは、両者を真に統合する方法なのです。」
