Kunsthuid zweet op commando

Na de doorbraak met hun eerste zwetende kunsthuid twee jaar geleden, heeft het multidisciplinaire team van Danqing Liu niet stilgezeten. Hun doel: een kunstmatige huid die zo natuurlijk mogelijk zweet. Daarin zijn ze geslaagd, zo is te lezen in hun artikel in Angewandte Chemie. Daar leggen ze uit hoe ze erin slaagden om als eerste team ter wereld nauwkeurig te bepalen waar, wanneer en hoeveel een kunsthuid zweet en ook waar de vloeistof zich verzamelt.

Zwetende robots

Bij de eerdere doorbraak van het team bleek dat een kunsthuid die op commando kan zweten tal van praktische toepassingen kan hebben. Destijds kon de kunsthuid de vloeistof overal gelijkmatig en gelijkmatig afscheiden. Een gelijkmatig zwetende kunsthuid kan helpen om het oppervlak van robots te koelen. In sociale toepassingen kan het helpen om de robot zo menselijk mogelijk te maken, inclusief zweten. Of overweeg speciale verbanden die gecontroleerde medicijnen kunnen afgeven op de menselijke huid of op een wondoppervlak, zoals een brandwond.

Deze toepassingen zullen alleen maar tastbaarder worden naarmate ze met deze nieuwe uitvinding binnen enkele micrometers kunnen controleren waar de kunsthuid vloeistof uitscheidt. Niet alleen dat, maar de onderzoekers bepalen nu hoeveel en hoe lang de vloeistof door de kunsthuid wordt afgegeven, evenals waar de vloeistof zich verzamelt en wanneer het tijd is om het weer op te nemen.

Het vrijkomen van vocht wordt gestimuleerd door UV-licht. Door vervolgens spanning op het onderliggende elektriciteitsnet aan te brengen, verzamelt de vloeistof zich op de gewenste plaatsen. Door slim ontwerp van het rooster is dit volledig te controleren en ontstaat er een heel natuurlijk zweetpatroon. Denk aan jezelf: op een warme dag verzamelt zweet zich ook op specifieke plekken op je gezicht. Deze kunsthuid brengt ons een grote stap dichter bij het imiteren van het natuurlijke gedrag van de huid.

Multidisciplinair team

Danqing Liu, universitair docent bij de afdeling Chemical Engineering & Chemistry en verbonden aan het ICMS-instituut, en de drive en het enthousiasme van postdoc YuanYuan Zhan werken aanstekelijk voor iedereen die haar aanspreekt. In het speciale lab van Liu heeft ze een uniek multidisciplinair team om zich heen verzameld. Het lab heeft ook de apparatuur om elektrotechnisch, chemisch en fysisch onderzoek te doen in combinatie met industrieel ontwerpen, wat vrij uitzonderlijk is binnen de universiteit. Samen doen ze onderzoek naar enkele veelbelovende materialen op basis van vloeibare kristallen, beter bekend van lcd-schermen.

“Het is zo gaaf om te zien wat ons team kan bereiken met deze materialen op basis van prikkels van buitenaf!” Liu legt enthousiast uit. “Ik heb een zeer brede technische achtergrond, dus ik kan met elk teamlid meedenken. Toch waren ieders specialismen essentieel om de resultaten te behalen die we nu laten zien.”

Unieke combinatie van eigenschappen

Wat deze nieuwe iteratie van kunstmatige huid door het team van Liu zo uniek maakt, is de verregaande controle die ze hebben over het gedrag van de huid: het afscheiden, verspreiden of verzamelen en opnieuw absorberen van de vloeistof, een proces dat ze controleren via gratis UV-licht en elektriciteit. Het is niet verwonderlijk dat hun werk opwinding veroorzaakt in de materiaalwetenschap.

“Mijn drijfveer is om bruikbare materialen te ontwikkelen. Ik start daarom graag een project met een duidelijk doel voor ogen. In dit geval zijn we op zoek naar nieuw materiaal voor een bruikbare medische toepassing”, zegt Liu. “En dat kost tijd. Het lijkt misschien alsof het nu snel gaat, maar van het eerste geïnspireerde idee tot waar we nu zijn met deze doorbraak hebben we meer dan tien jaar geduurd. En we zijn nog niet klaar.

“We begonnen met het idee om te kijken wat we konden doen met vloeibare kristallen in zachte robotica in 3D. De focus verschoof toen naar een 2D-robothuid. We wilden de traditionele robotica graag aanvullen in plaats van ermee te concurreren. Met de huid vonden we dat we de topologie (bergen en dalen op micrometerschaal) konden beheersen.

“Dat zouden we kunnen gebruiken als coating om bijvoorbeeld zand van de zonnepanelen van de Mars Rover te schudden. Een andere toepassing die we hebben uitgewerkt, is het afwisselen van kleverige en niet-kleverige delen van de coating. Door te kiezen welk materiaal er op de bovenkant komt van de bergen en die zich in de valleien bevinden, kunnen we ervoor zorgen dat iets plakkerig is of niet. Dit zou een betere methode kunnen zijn dan een vacuümbeker, vooral voor breekbare of delicate delen zoals dun glas.”

En dit brengt ons bij het huidige onderzoek van Liu’s team. Samen werken ze aan die ene droom: niet alleen de natuur nabootsen, maar haar helpen evolueren door toe te voegen aan wat al mogelijk is. En het lijkt redelijk om te concluderen dat ze daarin slagen met hun unieke vloeibaar-kristalmaterialen.