Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z University of Massachusetts Amherst wykazało skuteczność domowej roboty plasteliny do czytania aktywności mózgu, serca, mięśni i oczu. Opublikowane w Device badanie przedstawia właściwości przewodzące tego materiału, tzw. „miękkie obwody”.
“[Squishy circuits] „To dosłownie dziecinna plastelina, która dodatkowo przewodzi prąd” – opisuje Dmitrij Kirejew, adiunkt inżynierii biomedycznej i starszy autor artykułu.
Przewodzące, miękkie obwody – czy to domowej roboty, czy kupione w sklepie – są wykonane z mąki, wody, soli, kremu z kamienia winnego i oleju roślinnego. „Sól sprawia, że jest przewodząca” – wyjaśnia Kireev. Jako zabawka dla dzieci, ta plastelina jest podatnym na modyfikacje sposobem na dodanie świateł do projektu artystycznego poprzez podłączenie ich do źródła zasilania, aby uczyć dzieci o obwodach. Teraz Kireev i jego zespół wykazali, że materiał ma większy potencjał.
„Użyliśmy miękkich obwodów jako interfejsu do pomiaru elektryczności lub pomiaru potencjałów bioelektrycznych z ludzkiego ciała” – mówi. Odkryli, że w porównaniu do dostępnych w sprzedaży elektrod żelowych, te miękkie obwody skutecznie rejestrowały różne pomiary elektrofizjologiczne: elektroencefalogram (EEG) do pomiaru aktywności mózgu, elektrokardiogram (EKG) do rejestrowania pracy serca, elektrookulogram (EOG) do śledzenia ruchu gałek ocznych i elektromiografię (EMG) do pomiaru skurczu mięśni.
„To, co sprawia, że jeden materiał elektrodowy jest lepszy od drugiego pod względem jakości pomiarów, to impedancja” – wyjaśnia. Impedancja to miara opisująca jakość przewodnictwa między dwoma materiałami. „Im niższa impedancja między elektrodą a tkanką, tym lepsze przewodnictwo pomiędzy nimi i tym lepsza zdolność do pomiaru tych potencjałów bioelektrycznych”.
Badanie wykazało, że impedancja elektrody obwodu miękkiego była porównywalna z impedancją jednej z dostępnych w handlu elektrod żelowych i dwukrotnie większa niż drugiej elektrody porównawczej.
Kireev podkreśla kilka zalet tego materiału. Po pierwsze, koszt: Nawet przy użyciu gotowej szpachli koszt elektrody wynosił około 1 centa. Typowe elektrody kosztują średnio od 0,25 do 1 dolara.
Materiał jest również wytrzymały: można go formować i przekształcać, formować do konturów skóry, łączyć z większą ilością szpachli, aby go powiększyć, ponownie używać i łatwo ponownie łączyć, jeśli się rozpadnie. Inne porównywalne najnowocześniejsze urządzenia bioelektroniczne do noszenia zostały wykonane z nanorurek węglowych, grafenu, srebrnych nanodrutów i polimerów organicznych. Choć materiały te są wysoce przewodzące, mogą być drogie, trudne w obsłudze lub produkcji, jednorazowego użytku lub delikatne.
Kireev podkreśla również dostępność tych materiałów. „To coś, co można zrobić w domu lub w laboratoriach szkół średnich, na przykład, jeśli zajdzie taka potrzeba” – mówi. „Można zdemokratyzować te aplikacje [so it’s] bardziej rozpowszechnione.”
Autor składa podziękowania swojemu zespołowi badawczemu, składającemu się ze studentów studiów licencjackich (niektórzy z nich już ukończyli studia i kontynuują studia podyplomowe na UMass): Alexandra Katsoulakis, Favour Nakyazze, Max Mchugh, Sean Morris, Monil Bhavsar i Om Tank.