Hoe elektronische tatoeages de wereld zullen veranderen - en onszelf

Het is het spul van cyberpunk science fiction - tatoeages versierd met knipperende lichten en geavanceerde circuits. Ze zullen onze vitaliteit in de gaten houden, zo wordt ons verteld, en ons in realtime persoonlijk gezondheidsadvies geven. Ze zullen onze biologie naar het web leiden en het internet op - of in - onze vingertoppen zetten. Ze zullen onze vijf zintuigen versterken en ons misschien zelfs nieuwe zintuigen geven.

Dit type van menselijke argumentatie is afgebeeld in Circuits, de eerste aflevering van Glimpse, een nieuwe originele sci-fi serie van Futurism Studios (een divisie van Futurism LLC) en DUST. Bekijk op de originele pagina de eerste aflevering.

Dankzij recente ontwikkelingen in geavanceerde materialen en biomedische techniek, is draagbare elektronica al bijna in staat om al deze dingen te doen. We hebben al biocompatibel materialen die ervoor zorgen dat de elektronica naadloos aansluit op het lichaam. We hebben al e-tatoeages ontwikkeld die een smartphone kunnen bedienen.

Nu is het alleen nog maar een kwestie van verfijning en verbetering van die technologieën.

In april publiceerde Michael McAlpine, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota, een studie in het tijdschrift Advanced Materials waarin hij een manier demonstreerde om elektronica direct op de huid te printen. Het apparaat - goedkoop, toegankelijk en compact - biedt al baanbrekende toepassingen voor het leger en de geneeskunde. In de toekomst zou het de interactie met de wereld om ons heen volledig kunnen veranderen.

Futurisme sprak onlangs met Alpine over zijn onderzoek en de toekomst van printbare elektronica en e-tatoeages.

Dit interview is licht bewerkt voor de duidelijkheid en beknoptheid.

Futurisme: Om te beginnen wil ik het hebben over de 3D-printtechnologie in het centrum van deze studie. Wat is er zo bijzonder aan?

Michael McAlpine: Als geheel ontwikkelt onze onderzoeksgroep printers die verder kunnen printen dan alleen harde plastics die de meeste 3D printers gebruiken. Hard plastic heeft een beperkte waarde. Er gaan niet veel mensen op pad om deze printers te kopen, omdat niemand thuis echt behoefte heeft aan het printen van hard plastic objecten. Dus breiden we de mogelijkheden van 3D-printing uit tot voorbij hard plastic en naar wat we "functionele materialen" noemen. Dat betekent dat we materialen met een praktische toepassing - elektronische materialen, zachte polymeren en zelfs biologische materialen zoals cellen - allemaal op één platform printen.

We integreren ook scannen en computer visie in 3D-printen. Met 3D-scannen kunnen we het te bedrukken oppervlak scannen, zoals een orgaan of een zenuw. Zo kunnen we anatomisch specifieke biomedische apparaten printen. Computer visie stelt ons in staat om te printen op bewegende oppervlakken, zoals een hand. In deze meest recente studie hebben we een elektronisch apparaat direct op de huid afgedrukt. Dat is nog nooit eerder gedaan. De printer compenseert zowel de topologie van de hand als de beweging van de hand. Je hebt dus multifunctionaliteit, je hebt tracking, je hebt complexe oppervlakken en je hebt een anatomisch nauwkeurige apparaatmatching. Dat maakt het uniek.

F: De studie noemt specifiek militaire toepassingen voor deze technologie. Vertel ons daar meer over.

MM: Het belangrijkste inzicht dat we hebben gekregen door met de militairen te praten, was dat ze geïnteresseerd zijn in dit concept dat 'autonomie' heet, dat wil zeggen systemen die los van het raster staan, maar toch een soort van functionaliteit hebben. In dit specifieke geval kun je het 3D-printmiddel zien als een Zwitsers mes voor functionaliteit. Een soldaat kan het in zijn rugzak meenemen, in het veld en elk soort apparaat printen met alleen de grondstoffen die in de printer worden ingevoerd.

Dus, het is autonoom omdat je niets anders nodig hebt dan de printer zelf om een apparaat te maken. U kunt beginnen na te denken over het afdrukken van levensreddende apparaten op het lichaam, zoals een zonnepaneel op de pols, of een chemische of biologische oorlogssensor op een arm. De printer die we gebruiken kost minder dan $400, is vrij licht en compact, dus hij kan in een rugzak passen. In de toekomst kan hij misschien zelfs opgevouwen worden.

F: Hoe zal deze technologie worden gebruikt in de geneeskunde?

MM: Er zijn enorme implicaties voor de geneeskunde, en in het bijzonder voor hulpverleners. Op dit moment moet de patiënt bij een ongeval op de plaats van het ongeval wachten tot de ambulance komt opdagen. Dan moet de ambulance ze helemaal naar het ziekenhuis brengen. Het kan dus een half uur of meer duren voordat er een echte behandeling plaatsvindt. Maar als je de printer gewoon naar de patiënt kon brengen en een biomedisch apparaat direct op de patiënt op de plaats van het ongeval kon afdrukken, dan zou dat een revolutie zijn.

Voor ons meest recente artikel hebben we, naast het printen van elektronica op de achterkant van de hand, ook cellen op de wond van een muis gedrukt. Hier werkten we samen met de decaan van de medische school, Jajub Tolar, die werkt aan een zeldzame huidziekte waarbij de epidermale laag afbladdert als gevolg van een genetische ziekte. We konden regeneratieve cellen afdrukken op de wond van de muis terwijl de muis in beweging was.

F: Laten we overgaan op civiele toepassingen. Stel je een wereld voor, vijf of tien jaar later, waarin printers als deze alomtegenwoordig, toegankelijker en capabeler zijn. Hoe kunnen ze in het dagelijks leven worden gebruikt?

MM: Ik heb onlangs een lezing gegeven op een wetenschapsmarkt met een groep kinderen en ouders in het publiek. De eerste vraag die ik stelde was: "Hoeveel van jullie weten wat een 3D printen is? En vrijwel iedereen in de kamer stak zijn hand op. De tweede vraag die ik nu stelde was: "Hoeveel van jullie hebben al eerder een 3D-printer gebruikt? Alle ouders legden hun handen neer, maar de kinderen hadden hun handen nog steeds omhoog. Dus vroeg ik: "Is dat omdat je het in je klas gebruikt? En ze zeiden allemaal ja. Dus toen vroeg ik: "Hoeveel van jullie hebben eigenlijk een 3D-printer? En vrijwel iedereen legde zijn hand neer.

Hoewel deze dingen betaalbaar en toegankelijk zijn, koopt niemand ze, omdat niemand hard plastic wil afdrukken. Het heeft geen nut. Zelfs kinderen kunnen zich daar niet zo veel aan gelegen laten liggen. Ze kunnen één stuk speelgoed drukken dat absoluut niets doet. Toen vroeg ik: "Wat als je elektronica op je huid kon printen? Wat als je je volgende iphone of je volgende smartwatch direct op je pols zou kunnen printen? Hoeveel van jullie zouden dan een printer gaan kopen? En dan steken alle kinderen hun handen weer op. Het is de droom van elk kind om allerlei knipperende lampjes en elektronische apparaten op zijn of haar huid te printen. Het is een vreemd idee, met elektronische tatoeages over je hele huid, maar kinderen gaan het doen. En dan gaan volwassenen het ook doen.

F: Ik wil wat verder weg kijken. Waar zal dit soort technologie ons op de lange termijn naartoe brengen?

MM: Al deze technologieën die we ontwikkelen zullen leiden tot het post-computer tijdperk. Je gaat in principe van 2D naar 3D [microchips naar geïntegreerde circulatie], en dat is in wezen wat biologie is. Dus dat is waar de fusie van elektronica en biologie gaat plaatsvinden. Eventuele privacy of ethische kwesties die daaruit voortkomen, zullen niet veel verschillen van de kwesties die we hebben met de huidige elektronica.

F: Wat is het volgende grote probleem of kans die u op dit gebied wilt aanpakken?

MM: We zijn bijzonder enthousiast over het idee van zenuwherstel [het vernieuwen of hergroeien van beschadigd weefsel om de zenuwstelselfunctie te herstellen]. We hebben al onderzoek gepubliceerd over het perifere zenuwherstel.

We werken nu ook aan een centraal zenuwherstel, of ruggenmergereparatie. Op dit moment zijn er allerlei verschillende benaderingen om ruggenmergletsels te behandelen, van het inbedden van platformen en stamcellen tot het introduceren van biochemische moleculen en gradiënten om regeneratie te bevorderen. Onze printtool biedt een alles-in-één oplossing, want je kunt een platform printen en je kunt cellen in dat platform printen. Je kunt ook biochemische signalen en elektronica in het platform afdrukken voor stimulatie. En dan kun je het platform natuurlijk op maat maken, zodat deze anatomisch specifiek en anatomisch nauwkeurig is voor de patiënt. Het hebben van een alles-in-een tool die alle bestaande technologieën combineert die gebruikt worden om die verwondingen te behandelen, en dat kan enorme implicaties hebben voor patiënten.

F: Het is grappig, we praten zo veel over technologie die de biologie in de toekomst vervangt. Maar ik houd echt van het idee dat technologie die biologie creëert.

MM: Of door het te vergroten. Met onze 3D-printtool zou je elektronica kunnen integreren met organen om dingen te doen die gewone organen niet kunnen. Het allereerste artikel dat we in de 3D-printruimte publiceerden, heette "3D Printed Bionic Ears". Daarin lieten we zien dat je cellen daadwerkelijk kunt samenvoegen met elektronica. Het was heel ruw - dat was onze eerste printer, en het was vijf jaar geleden - maar we hebben bewezen dat we een bionisch orgaan konden maken dat functioneel was en dat "kon luisteren naar muziek die buiten het normale frequentiebereik van het gehoor lag".

Dat heeft veel ruimte voor ons geopend. Onlangs voltooiden we een soortgelijk project met orgaanmodellen, waarbij we levensechte orgaanmodellen maakten die 3D geprint waren, maar die aanvoelden als het orgaan zelf. Ze zijn gemaakt van een zacht polymeer. Dus stel je voor dat er iemand is die onlangs een leverfalen heeft gehad. Met dit soort technologie, in plaats van hun lever te vervangen door een cellulaire versie, is het misschien helemaal niet nodig om cellen of biologie te hebben. Misschien kan het puur synthetisch zijn, en misschien kan het beter functioneren dan een normale lever ooit zou kunnen - een verbeterd orgaan.

Bron: Glimpse: How Electronic Tattoos Will Change The World — And Ourselves