Sensor Tak Terlihat dan Ramah Lingkungan yang Terinspirasi dari Sutra Laba-laba

Andrew Corselli

Sensor tercetak di jari manusia. (Gambar:Lab Huang, Cambridge)

Para peneliti telah mengembangkan metode untuk membuat sensor adaptif dan ramah lingkungan yang dapat dicetak secara langsung dan tanpa disadari ke berbagai permukaan biologis, baik itu jari atau kelopak bunga.

Metode yang dikembangkan oleh para peneliti dari Universitas Cambridge ini mengambil inspirasi dari sutra laba-laba, yang dapat menyesuaikan diri dan menempel pada berbagai permukaan. “Sutra laba-laba” ini juga menggabungkan bioelektronik, sehingga kemampuan penginderaan yang berbeda dapat ditambahkan ke “web.”

“Salah satu tantangan terbesarnya adalah keluar dari metode fabrikasi yang ada dan menghasilkan mekanisme pemintalan untuk memproduksi sensor serat,” kata Pemimpin Riset dan Profesor Yan Yan Shery Huang kepada Tech Briefs dalam sebuah wawancara eksklusif.

Seratnya, setidaknya 50 kali lebih kecil dari rambut manusia, sangat ringan sehingga para peneliti mencetaknya langsung ke kepala biji dandelion yang berbulu halus tanpa merusak strukturnya. Saat dicetak di kulit manusia, sensor seratnya menyesuaikan dengan kulit dan mengekspos pori-pori keringat, sehingga pemakainya tidak mendeteksi keberadaannya. Pengujian terhadap serat yang dicetak pada jari manusia menunjukkan bahwa serat tersebut dapat digunakan sebagai pemantau kesehatan berkelanjutan.

“Ide awalnya terinspirasi dari kombinasi kulit elektronik dan sutra laba-laba,” tambah Huang.

Metode rendah limbah dan rendah emisi untuk menambah struktur kehidupan ini dapat digunakan di berbagai bidang, mulai dari layanan kesehatan dan realitas virtual hingga tekstil elektronik dan pemantauan lingkungan. Hasilnya dilaporkan di Nature Electronics   .

“Pertama-tama dibuat larutan berair yang terdiri dari partikel penghantar, asam hialuronat, dan pengikat polimer,” jelas Huang tentang prosesnya. "Larutan ini kemudian dimasukkan ke dalam ujung jarum suntik, tempat tetesan kecil dibuat di ujungnya. Lengan yang berputar kemudian bersentuhan dengan tetesan liontin, yang meregangkan tetesan tersebut ke dalam serat penginderaan."

Meskipun kulit manusia sangat sensitif, melengkapinya dengan sensor elektronik dapat mengubah cara kita berinteraksi dengan dunia di sekitar kita secara mendasar. Misalnya, sensor yang dicetak langsung pada kulit dapat digunakan untuk pemantauan kesehatan berkelanjutan, untuk memahami sensasi kulit, atau dapat meningkatkan sensasi 'realitas' dalam game atau aplikasi realitas virtual.

Meskipun teknologi wearable dengan sensor tertanam, seperti jam tangan pintar, tersedia secara luas, perangkat tersebut dapat menimbulkan ketidaknyamanan, mengganggu, dan dapat menghambat sensasi intrinsik kulit.

Ada beberapa metode untuk membuat sensor yang dapat dipakai, namun semuanya memiliki kelemahan. Barang elektronik fleksibel, misalnya, biasanya dicetak pada film plastik yang tidak memungkinkan gas atau kelembapan masuk, sehingga seperti membungkus kulit Anda dengan cling film. Peneliti lain baru-baru ini mengembangkan perangkat elektronik fleksibel yang dapat menyerap gas, seperti kulit buatan, namun hal ini masih mengganggu sensasi normal, dan bergantung pada teknik manufaktur yang boros energi dan limbah.

Pencetakan 3D adalah jalur lain yang potensial untuk bioelektronik karena tidak terlalu boros dibandingkan metode produksi lainnya, namun menghasilkan perangkat yang lebih tebal yang dapat mengganggu perilaku normal. Memutar serat elektronik menghasilkan perangkat yang tidak terlihat oleh pengguna, namun tidak memiliki tingkat sensitivitas atau kecanggihan yang tinggi, dan sulit untuk ditransfer ke objek yang dimaksud.

Kini, tim yang dipimpin Cambridge telah mengembangkan cara baru untuk membuat bioelektronik berkinerja tinggi yang dapat disesuaikan dengan berbagai permukaan biologis, mulai dari ujung jari hingga kepala bunga dandelion yang berbulu halus, dengan mencetaknya langsung ke permukaan tersebut. Teknik mereka sebagian terinspirasi dari laba-laba, yang menciptakan struktur jaring canggih dan kuat yang disesuaikan dengan lingkungannya, dengan menggunakan material minimal.

Para peneliti memintal ‘sutra laba-laba’ bioelektronik mereka dari PEDOT:PSS (polimer penghantar biokompatibel), asam hialuronat, dan polietilen oksida. Serat berperforma tinggi ini dihasilkan dari larutan berbahan dasar air pada suhu kamar, yang memungkinkan para peneliti mengontrol 'kemampuan berputar' serat tersebut. Para peneliti kemudian merancang pendekatan pemintalan orbital yang memungkinkan serat berubah menjadi permukaan hidup, bahkan hingga struktur mikro seperti sidik jari.

Pengujian serat bioelektronik, pada permukaan termasuk jari manusia dan kepala biji dandelion, menunjukkan bahwa serat tersebut memberikan kinerja sensor berkualitas tinggi namun tidak terlihat oleh inangnya.

“Langkah selanjutnya adalah menetapkan skenario berbasis aplikasi, untuk menentukan bagian mana dari sistem sensor yang harus dibuat dengan serat yang tidak terlihat, dan sisanya dapat menggunakan perangkat mikrofabrikasi/e-tekstil yang ada,” kata Huang.