Gevoeliger dan je vingertopje

Tastzin is het ondergeschoven kindje in technologie Maar nu is er de e-skin die gevoeliger is dan huid Handig bij protheses, slimme pleisters en robots met delicaat werk

Kunsthuid die kan buigen als echte huid. Foto universiteit van tokio

medewerker technologie

Braille lezen, een streling onderscheiden van een toevallige aanraking, een gekookte tomaat ontvellen, een verprutst borduurwerkje rechtbreien. Er is nog genoeg dat wij mensen wel kunnen en techniek niet. Waar camera’s en microfoons menselijke ogen en oren al ver overtreffen, is de tastzin nog een beetje een ondergeschoven kindje in de technologie.

Maar als het aan onderzoekers ligt, gaat daar verandering in komen. Onderzoek naar de e-skin, de elektronische versie van de gevoelige menshuid, beleefde deze zomer een mijlpaaltje. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology in Atlanta en het Beijing Institute of Nanoenergy beschrijven in het vakblad Nature Photonics een experimenteel tastorgaan dat drukverschillen kon voelen met een resolutie van 2,7 duizendste millimeter.

Genoeg om een vingerafdruk direct te voelen, iets wat zelfs de gevoeligste mensenhuid niet voor elkaar krijgt. En dat was nog maar de laatste in een aanzwellende stroom e-skinpublicaties, met als doel om de menselijke huid zo goed mogelijk na te bootsen.

Robotkok met eieren

Toepassingen zijn gemakkelijk te bedenken. Denk aan robots die met breekbare spullen om moeten gaan, zoals voedsel (eieren), textiel (zijde) en zelfs levend menselijk weefsel. Dat laatste doen operatierobots-op-afstand nu al, maar de feedback naar de chirurg zou nog verbeterd kunnen worden.

Tastende kunsthuid zou je ook kunnen gebruiken in protheses, om de tastzin van de geamputeerde hand terug te geven, waarmee nu al voorzichtig geëxperimenteerd wordt. Of in pleisters die meteen polsslag en bloeddruk opnemen. In behang dat meteen werkt als touchscreen. Ook de seksspeeltjesindustrie kan vermoedelijk wel uit de voeten met sensuele elektronica.

Toch is ieder experiment tot nog toe slechts een gedeeltelijk succes. De Chinees-Amerikaanse kunsthuid van hierboven bestaat uit een miljoenen dunne draadjes van zinkoxide, die als stijve grassprietjes overeind staan op een ondergrond van halfgeleidermateriaal. Ieder sprietje vormt een minuscuul ledje, waarvan het licht feller gaat branden als er van boven op het grassprietje gedrukt wordt. Met een gewone fotochip kun je dan heel gemakkelijk in kaart brengen waar er iets harder gedrukt wordt, zeggen de onderzoekers.

Indrukwekkend, maar een nadeel is wel dat de gebruikte stoffen klassieke, kristallijne halfgeleidercomponenten zijn, bekend van computerchips. Het maken ervan is duur en levert een weinig buigzaam apparaatje op, zoals huid dat nou juist wel is.

Vandaar dat veel e-skin-onderzoekers zich op flexibele dragers richten. Zoals de goudbolletjes-sensor van Hossam Haick en collega’s van het Technion-Israel-Institute of Technology in Haifa in Israël. Zij beschrijven in het blad ACS Applied Materials and Interfaces kleine nanobolletjes van goud met een doorsnede van 5 tot 8 nanometer (een miljoenste millimeter), op een flexibele plastic ondergrond.

Als die ondergrond ter plekke buigt, bijvoorbeeld doordat het plastic wordt ingedrukt door een vinger, komen de bolletjes dichter tegen elkaar te liggen en loopt elektrische stroom er gemakkelijker doorheen. De gevoeligheid van deze tastsensor hangt af van de dikte van de plasticlaag, maar de ruimtelijke resolutie is hier weer minder hoog dan die van menselijke huid.

Vocht en warmte meten

Flexibele elektronica is ook een Nederlands specialisme. Begin dit jaar startten de TU Delft en het Holst Centre in Eindhoven dan ook, samen met nog vijftien Europese instituten en ontwerpbureaus, het Europese onderzoeksproject Light.Touch.Matters, bedoeld om flexibele, voelende, lichtgevende en fysiek reagerende materialen te ontwikkelen.

De basis vormen plastic leds, OLEDs, waar het Holst Centre veel onderzoek naar gedaan heeft, en de mede in Delft ontwikkelde piëzo-elektrische polymeren. Dat zijn plastics die een elektrische spanning genereren als je erop drukt. Resultaten worden de komende jaren verwacht.

De ideale kunstmatige huid kan niet alleen drukverschillen meten, maar voelt ook verschillen in vochtigheid, textuur, temperatuur en trillingen. Sommige van de ontwerpen die hierboven zijn beschreven kunnen ook dat al: zo kunnen de nano-gouddeeltjes uit Israël voorzien worden van speciale tussenliggende moleculen, waardoor de huid ook temperatuur en vochtigheid moet kunnen voelen.

Daarmee wordt de menselijke huid, met speciale sensoren voor kou, warmte, en pijn, nog weer wat dichter benaderd.