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Jun 22, 2023

ウルトラ

Un articolo pubblicato su Nature Communications afferma che i tatuaggi elettronici al grafene hanno il potenziale per:

Nature Communications に掲載された論文では、手のひらにグラフェン e タトゥー (GET) を施すことで、精神的ストレスの代用となる携帯型皮膚電気活動 (EDA) を監視できる可能性があると主張しています。

テキサス大学オースティン校とテキサス A&M 大学の研究者らは、現実世界での使用に適合しない妨害的で汚点を与えるデザインなど、既存のセンサーと同じ欠陥を抱えていない EDA センサーの開発を目指しました。 研究者らは以前、サブミクロンの薄さで知覚できないほどの GET を開発しましたが、EDA データの処理と送信に必要な堅い回路基板に GET を接続するのが困難でした。 この研究では、GET の新しいバージョンが開発され、現実世界の条件で EDA データを報告する機能がテストされました。

GET は、部分的に金が重ねられ、接着剤は使用されていない 2 つの異種蛇行リボンで構成されています。 GET には、リアルタイムでのワイヤレス EDA モニタリングを可能にする 2 つの蛇行リボンに接続する硬質回路基板と電極を収容するリストバンドが付属しています。

概念実証実験では、5 人の参加者が GET と比較用ゲルベースのセンサーを装着し、期待、制御されていない感情、制御された感情、および習慣化反応を引き出すように設計された 5 つのシナリオを含む 13 分間のビデオを見ました。

試験中、GET で測定された EDA 応答は、ゲル センサーと比較して皮膚コンダクタンス レベルの変動が少なく、皮膚コンダクタンス応答出力も同様である傾向がありました。 ただし、出力間に有意差は観察されず (すべて P >.05)、GET で測定された EDA 出力が現存するゲルベースのデバイスと比較した場合に堅牢であることが示されました。

現実世界の動きと使用シナリオで GET をテストするために、研究者は、食いしばる、手首を曲げる、携帯電話をつかむ、つつくなどの典型的な手の動きを試みました。 動作中に、GET は皮膚コンダクタンス応答信号とは異なる小さな動作アーティファクトを記録し、簡単に識別して出力から除去できました。

GET の耐久性をテストするために、ラップトップでのタイピングをシミュレートする 300 サイクルの金属こすりと、デスクでの作業をシミュレートする 300 サイクルの木材こすり、瞬間的な水への曝露、および環境湿度の実験が実施されました。 GET センサーは、実験条件の前後で、摩擦と水の摂動の両方に耐え、同等の EDA 出力を実現しました。

参加者の 1 人は GET センサーを長時間使用しました。 運動、運転、睡眠を含む 15 時間のノンストップ EDA モニタリング セッションを 3 回実施しましたが、GET は交換の必要がありませんでした。

GET センサーが EDA 出力の報告を停止した状況では、GET デバイスの機械的故障は見つかりませんでした。 代わりに、金コンポーネントの歪みが最大になった領域で、ポリイミド上の金層が破断しました。

皮膚刺激への悪影響は報告されていません。

この GET センサーは、現実世界の自由移動条件で外来 EDA を監視する機能を備えた最初の伸縮可能なインターフェイスです。

あなたの研究関心を大まかに説明していただけますか?

過去 11 年間にわたり、私の研究室では、さまざまな生体認証を測定するために皮膚のさまざまな領域や位置に貼り付けることができる、ウェアラブルで非侵襲的なさまざまな電子タトゥー ステッカーを開発してきました。 目標は、車や航空機をデジタル化するのと同じように、人体をデジタル化して、その性能や感情などの観点から人体に何が起こっているかを知ることができるようにすることです。 スマートウォッチやスマート リングなどの現在のウェアラブルは、設置場所や手段が限られています。 しかし実際には、私たちの皮膚の隅々までデータが放射されています。 脳の活動は EEG (脳波)、心拍の ECG (心電図) と SCG (地震心電図)、筋肉の EMG (筋電図) を放射します。 このような種類の信号は、ターゲット組織の真上で測定する必要があります。 そのため、複数の場所からのマルチモーダル信号を同時に測定する分散型センサー ネットワークが必要になります。 しかし、市販のウェアラブルは依然として硬い電子機器をベースにしており、通常は非常にかさばっており、私たちの柔らかく曲がりくねった皮膚の表面とは互換性がありません。 だからこそ私たちは、極薄で極度に柔らかく、基本的に髪は薄く肌は柔らかい、しかし電子的に機能する電子タトゥーを開発しているのです。 一時的なタトゥーシールのようなウェアラブルデバイスです。 それらは永続的なものではなく、センサー、プロセッサ、Bluetooth チップ、バッテリーを組み込むことができます。

この文書で議論した進展は何ですか?

私たちの手のひらは、電熱活動 (EDA) にとって特別な場所です。 それは、手のひらには交感神経によって制御されるエクリン汗腺の密度が最も高いためです。 精神的なストレスや感情の変動がある場合、EDA は末梢反応であるため、そのような交感神経反応を意識的に制御することはできません。 これは、精神的健康上の問題を抱える患者の精神的ストレスや、ゲーム中や人間とロボットの相互作用中の感情的反応の指標として、すでに広く使用されています。 これらの信号を捕捉するために極薄の GET EDA センサーを開発しましたが、手のひらは常に使用するものであるため、設計が困難です。 私たちのセンサーは薄くて柔らかく、感知できないため、使用中に社会的な偏見を持たれる可能性はありません。

このテクノロジーが将来的にどのように使用されると思いますか?

私たちは、歩行可能な自由な生活環境の使用を実証しました。 運動中、睡眠中、仕事中、勉強中、運転中、買い物中に動作する必要があります。 将来的には、これが患者の感情を刺激する出来事を継続的に監視できる日常的なセンサーになったり、医師やパイロットが訓練中に直接使用して、扱っている機械に対して感情的にどれだけ反応するかを確認できるようになることを願っています。

あなたの出版物では、センサーを概念実証実験で使用して、センサーが刺激に反応したことを実証しています。 今後、より臨床現場で他の関係者と協力して機器を検証する予定はありますか?

はい、実際、私たちはこのテクノロジーをさらに発展させるために、メンタルヘルス分野または精神医学分野での良き協力者を探しています。 現在、これを応用することに興味のある人間とロボットのインタラクション分野で働く協力者のみがいます。 私たちは、臨床使用のためにセンサーをテストしたいと考えている協力者を見つけることに興味があります。

この分野の研究についての今後の計画は何ですか?

また、中枢神経系をモニタリングする脳センサーの開発も行っています。 私たちは、人々がさまざまな条件にさらされたり、さまざまな機械を扱ったりしたときの中枢神経と末梢神経の両方の反応を調べることに非常に興味を持っています。 テクノロジーの観点から見ると、これらの光学的に感知できないタトゥーは、人には見えないため、手のひらだけでなく顔にも使用できる可能性があります。 あらゆる種類の電位または皮膚コンダクタンス測定を実行できます。 以前は、目の周りに GET センサーを適用して、眼球の回転を監視しました。 そして、目の動きを使ってドローンを制御できることを実証しました。 ドローンで左を見ると、左に飛んでいきます。 したがって、この e-tattoo は、直接的なヒューマン マシン インターフェイスにもなる可能性があります。

Jang H、Sel K、Kim E 他グラフェン e-tattoo は、不均一な蛇行リボンによって可能になる、手のひら上の邪魔にならない歩行用皮膚電気活動の感知を可能にします。 ナットコミューン。 2022;13(1):6604。 土井:10.1038/s41467-022-34406-2