Prothesen: een synthetische huid gevoed met zonne-energie
De laatste vernieuwingen inzake kunsthuid en prothesen zijn almaar realistischer en functioneler en zouden zelfs de tastzin kunnen nabootsen. Maar die nieuwe mogelijkheden verbruiken veel energie. Vorsers van de Universiteit van Glasgow hebben daar misschien een oplossing voor gevonden. Tot nog toe heb je daar uitwendige batterijen voor nodig. De vorsers hebben echter een robotarm ontwikkeld die bekleed is met een kunsthuid die op zonne-energie werkt.
De echte uitdaging was dan een manier te vinden om een huid die licht doorlaat, boven de fotovoltaïsche sensoren te plaatsen. De ingenieurs van de groep Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) zijn erin geslaagd door gebruik te maken van een van de fysische eigenschappen van grafeen: grafeen is doorschijnend.
De groep, die veel expertise heeft inzake ontwikkeling van prothesen, had al een belangrijke vooruitgang geboekt met de ontwikkeling van een elektronische huid voor bionische handen. Die huid voelt druk, de temperatuur en de textuur met een hoge gevoeligheid. Dankzij die huid kan een robotarm moeilijke taken uitvoeren zoals het vastnemen van dunne, zachte of lichte voorwerpen.
Ze zijn daarin geslaagd dankzij grafeen. Grafeen is een wonderproduct voor de elektronische industrie. Het is gemaakt van grafiet (een vorm van koolstof), is zeer soepel en even resistent als staal, hoewel het maar uit één atoom bestaat. Bovendien is het ook een uitstekende geleider van elektriciteit en laat het ongeveer 98% van de hoeveelheid lucht die erop invalt, door. Daar hebben de vorsers gebruik van gemaakt om zonne-energie op te vangen en om zo de synthetische huid te voeden waarin fotovoltaïsche cellen zijn ingebouwd die de zonne-energie direct omzetten in elektriciteit.
De nieuwe huid heeft maar 20 nanowatt vermogen nodig per vierkante centimeter. De gewone fotovoltaïsche cellen die al in de handel te verkrijgen zijn, kunnen gemakkelijk zo'n vermogen leveren. Een gedeelte van de energie die de cellen genereren, gaat verloren, maar dr. Ravinder Dahiya en zijn medewerkers zoeken toch al naar een manier om die energie op te slaan. Die energiereserve zou zo nodig immers kunnen worden gebruikt om te motoren te voeden die de bionische hand aandrijven. De prothese zou dan op energetisch vlak volledig autonoom zijn.
Er wachten het team nog twee andere uitdagingen. Ten eerste, de hele prothese moet lichter worden. Ten tweede, de hele prothese zou moeten werken op zonne-energie en niet alleen de kunsthuid. Als ze daarin zouden slagen, zou de ontwikkeling van prothesen (hand, heup ...) voor mensen die een amputatie hebben ondergaan, in een stroomversnelling kunnen geraken.
(referentie: Advanced Functional Materials, 22 maart 2017, DOI: 10.1002/adfm.201606287)