Elektronik integreret i musklen via Kirigami

Et forskerhold i afdelingen for elektrisk og elektronisk informationsteknik og EIIRIS ved Toyohashi University of Technology har udviklet en donutformet kirigami-enhed til EMG-optagelser. Den foreslåede enhed reducerer enheds forskydning på en stor deformerbar muskeloverflade. Præcise og robuste EMG-optagelser tilbyder EMG-signalbaserede mennesker-maskine-grænseflader, der tillader protesekontrol for amputerede. Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i et nummer af Avanceret sundhedsmateriale den 5. december, 2019. Artiklen optrådte også på indersiden af ​​bagsiden.

En nøjagtig og robust EMG-signaloptagelse er nødvendig i EMG-signalbaserede mennesker-maskine-grænseflader for at muliggøre protesekontrol for amputerede ved hjælp af deres restmuskulatur. I 2017, det samme forskerhold foreslog tidligere en elektrodeindretning ved hjælp af kirigami -strukturen til intim integration af den elektroniske enhed og biologiske væv. (Y. Morikawa et al) Kirigami -strukturens bemærkelsesværdige potentiale stammer fra dens høje strækbarhed, inklusive dets høje belastningsforhold og lille kraft, der er nødvendig for at blive påført under enhedens strækninger. Kirigami -strukturen kan strækkes med en lav belastningskraft, og dens mekaniske egenskaber ligner bløde biologiske væv, såsom i hjernen og musklerne. Imidlertid, det er udfordrende at opnå en præcis og robust biosignaloptagelse uden forskydning af elektroden. Enhedsforskydning opstår, når kirigami -enheden påføres biologiske væv, såsom hjerte og muskler, som gennemgår stor deformation.

Et forskerhold i Department of Electrica Engineering og EIIRIS ved Toyohashi University of Technology har udviklet en donutformet kirigami-enhed til EMG-registrering for at løse spørgsmålet om enhedsforskydning under muskeldeformation.

Den doughnut-formede kirigami-struktur er i stand til at transformere fra en 2-D doughnut-form til en 3D-cylindrisk form. Den cylindriske form er velegnet til talrige sfærisk eller søjleformede deformerbare biologiske væv (f.eks. Øvre lemmer, nedre lemmer, finger, mave, og hjerte). Den donutformede kirigami-enhed udfører fikseringsmekanismen til målvævet og reducerer enhedens forskydning under vævsdeformation med minimeret belastning af det biologiske væv. Optagelseskapaciteten for den foreslåede enhed blev bekræftet gennem EMG -signaloptagelsen fra musens bagdel, angiver udsigten til at bruge enheden til en EMG-baseret human-machine-interface.

"Den første demonstration ved hjælp af vores konventionelle arkformede kirigami-enhed kunne ikke følge deformationen af ​​et bankende hjerte. Vi diskuterede enhedens struktur, som gør det muligt for enheden at følge deformerbare væv. I det indledende forsøg, vi brugte et papir, som blev mønstret i den foreslåede doughnut-form af kirigami af boksskæreren, og vi demonstrerede dets strækbare og deformerbare evner for musklen. Imidlertid, det var usikkert, om mikroskala-donut-kirigami-enheden viser disse enhedsegenskaber eller ej. Vi udforskede dem ved at fremstille enheden ved hjælp af mikrofabrikationsprocessen og enhedens karakteriseringer, og vi bekræftede, at den fremstillede enhed udviste den forventede deformation mod vores tanke, "forklarer artiklens første forfatter, Ph.d. kandidat Yusuke Morikawa.

Den doughnut-formede kirigami-enhed har stadig brug for yderligere forbedringer med hensyn til holdbarhed og den tætte række af mikroelektroder. I øvrigt, indflydelsen fra enhedens implantationer til de biologiske væv bør afklares, hvis det bruges i en længere periode. Imidlertid, det forventes, at den foreslåede enhed kan anvendes på et EMG-baseret interface mellem mennesker og maskiner og bidrager til forbedring af livskvaliteten for amputerede.