Elektroniczny tatuaż zamiast smartwatcha? Technologia wearable przenosi się bezpośrednio na skórę

Smartwatch na nadgarstku, opaska fitness, pierścień monitorujący sen – urządzenia wearable coraz dokładniej mierzą parametry naszego organizmu. Kolejnym krokiem może być jednak elektronika, której praktycznie nie czujemy. Naukowcy z Pennsylvania State University opracowali przewodzący tusz nakładany bezpośrednio na skórę niczym farba. Powstały w ten sposób elektroniczny „tatuaż” może rejestrować pracę serca, mięśni i mózgu, a przy tym przybrać dowolny kolor i kształt. Technologia pokazuje, że przyszłość wearables może oznaczać nie kolejne urządzenie, które trzeba nosić, ale sensor stający się niemal częścią naszego ciała.

Elektroniczny tatuaż, który można namalować na skórze

Rekin, tygrys, lis albo kolorowa postać z kreskówki. Na pierwszy rzut oka projekty stworzone przez naukowców z Pennsylvania State University wyglądają jak zmywalne tatuaże albo dziecięce malunki na skórze. Pod kolorowym wzorem kryje się jednak działająca elektroda.

Zespół kierowany przez Larry’ego Chenga opracował wodny, przewodzący tusz, który można nakładać pędzlem bezpośrednio na ciało. Po wyschnięciu – co zajmuje mniej niż 10 minut – tworzy on elastyczną elektrodę dopasowaną do powierzchni skóry. Do mieszaniny można dodać barwnik spożywczy, dlatego sensor nie musi wyglądać jak sprzęt medyczny. Może być praktycznie dowolnym wzorem. Nie chodzi tu jednak o wygląd, najważniejszą cechą rozwiązania jest sposób, w jaki elektroda łączy się ze skórą.

Lepsze dopasowanie do skóry to dokładniejszy pomiar

Dzisiejsze urządzenia ubieralne potrafią zbierać ogromne ilości danych, ale jakość pomiaru zależy od czegoś bardzo podstawowego: kontaktu sensora z ciałem.

Tradycyjne elektrody są produkowane wcześniej, a następnie przyklejane do skóry. Między sensorem a nierówną powierzchnią skóry mogą powstawać niewielkie przestrzenie, które pogarszają jakość sygnału. Problem staje się jeszcze większy podczas ruchu, pocenia się albo w miejscach pokrytych włoskami.

Stosowane w części rozwiązań hydrożele lepiej dostosowują się do ciała, ale mają inną wadę – z czasem mogą wysychać, tracąc elastyczność i przyczepność.

Malowana elektroda omija część tych ograniczeń, ponieważ powstaje bezpośrednio na powierzchni ciała. Tusz dopasowuje się do naturalnej tekstury skóry zamiast próbować do niej przylegać jako gotowy element. 

Co potrafi elektroniczny tatuaż?

W testach naukowcy wykorzystali malowane elektrody do zbierania kilku rodzajów sygnałów bioelektrycznych.

Technologia pozwala rejestrować EKG, czyli aktywność elektryczną serca, EMG – sygnały związane z pracą mięśni, oraz EEG wykorzystywane do badania aktywności elektrycznej mózgu.

Podczas jednego z eksperymentów elektrody monitorowały EKG przez 12 godzin codziennej aktywności. Sprawdzono je również podczas ćwiczeń – mimo ruchu i potu pozostawały na miejscu i umożliwiały dalsze prowadzenie pomiarów.

Jeszcze ciekawszy był eksperyment z wykorzystaniem EMG. Sygnały mięśniowe odczytywane z przedramienia uczestnika zostały przekazane do robotycznej protezy. Dzięki temu ruchami mięśni można było sterować mechaniczną dłonią bez bezpośredniego dotykania jej. Elektroniczny tatuaż może stać się również interfejsem pomiędzy człowiekiem a urządzeniem.

Gdzie w takim razie jest elektronika?

Namalowany na ręce rekin nie zawiera oczywiście całego systemu potrzebnego do przetwarzania i przesyłania danych. Badacze połączyli przewodzący tusz z porowatą tkaniną zawierającą srebro, która pełni funkcję elastycznego łącznika między elektrodą na skórze a modułem elektronicznym.

Mokry tusz wnika w strukturę materiału, a po wyschnięciu tworzy trwałe połączenie. Tkanina może rozciągnąć się do ponad 150% swojej pierwotnej długości bez jego zerwania, a jej porowata konstrukcja pozwala na odprowadzanie potu i sprawdza się również na owłosionej skórze.

Do tkaniny podłączany jest niewielki moduł elektroniczny, który odbiera zebrane sygnały i przesyła dane bezprzewodowo przez Bluetooth. Sam moduł może być wykorzystywany wielokrotnie, natomiast namalowaną na skórze elektrodę po zakończeniu pomiaru można zmyć i w razie potrzeby nanieść ponownie.

Wearable, którego użytkownik nie musi „nosić”

Przez lata rozwój wearables oznaczał przede wszystkim miniaturyzację. Komputer trafił z biurka do kieszeni, a część jego funkcji następnie na nadgarstek, palec czy okulary. Jednocześnie producenci próbują sprawić, aby urządzenia monitorujące organizm były coraz mniej odczuwalne.

Elektroniczne tatuaże prowadzą tę logikę o krok dalej. Zamiast zastanawiać się, jak stworzyć wygodniejsze urządzenie, można zadać inne pytanie: czy urządzenie w ogóle musi istnieć jako osobny przedmiot?

W literaturze naukowej rozwijanych jest już wiele odmian elektroniki naskórnej. Powstają ultracienkie e-tatuaże monitorujące nawodnienie skóry, rozwiązania pozwalające śledzić oddech czy sensory nanoszone bezpośrednio na ciało w formie sprayu. To nadal przede wszystkim obszar badań, ale kierunek jest wyraźny: sensor ma coraz lepiej dopasowywać się do człowieka, zamiast zmuszać człowieka do dostosowywania się do urządzenia.

Od monitorowania zdrowia do sterowania technologią

Najbardziej oczywistym zastosowaniem elektronicznych tatuaży jest medycyna. Ciągłe i mniej uciążliwe monitorowanie pracy serca, mięśni czy mózgu mogłoby znaleźć zastosowanie zarówno w diagnostyce, jak i podczas rekonwalescencji czy opieki nad pacjentami wymagającymi dłuższej obserwacji. Szczególnie interesujący może być tu aspekt wizualny. Sensor wyglądający jak kolorowy tatuaż zamiast kolejnej elektrody i przewodów może być mniej stresujący chociażby dla dzieci.

Twórcy technologii chcą w przyszłości rozszerzyć możliwości rozwiązania o analizę biomarkerów takich jak kortyzol czy glukoza. Na tym etapie są to jednak plany dalszych badań, a nie funkcje obecnego prototypu.

Potencjał wykracza również poza medycynę. Odczytywanie sygnałów mięśniowych może być wykorzystywane w protezach, rehabilitacji, sporcie czy nowych sposobach sterowania maszynami. Granica pomiędzy wearable, urządzeniem medycznym i interfejsem użytkownika zaczyna się więc zacierać.

Technologia ma potencjał, ale wciąż pozostaje wiele pytań

Choć technologia robi wrażenie, warto zachować dystans. Badania prowadzone na Penn State są demonstracją możliwości rozwiązania, a nie zapowiedzią produktu, który za kilka miesięcy znajdziemy w drogerii obok zmywalnych tatuaży.

Przed szerokim zastosowaniem elektroniki nanoszonej bezpośrednio na ciało pozostaje wiele pytań dotyczących m.in. długotrwałego użytkowania, bezpieczeństwa materiałów, niezawodności pomiarów w różnych warunkach, skalowania produkcji czy – w przypadku zastosowań medycznych – regulacji i walidacji klinicznej.

Sam zespół z Penn State dopiero bada możliwości komercjalizacji swojego rozwiązania. Technologia została również objęta tymczasowym zgłoszeniem patentowym. Dlatego znacznie ciekawsze od pytania „kiedy zastąpi smartwatch?” jest pytanie o to, jak zmieni się definicja urządzenia wearable.

Przyszłość wearable tech może być niewidoczna

Pierwsza fala wearables nauczyła nas nosić elektronikę na ciele. Następna może sprawić, że przestaniemy ją zauważać.

Elektroniczny tatuaż z Penn State dobrze pokazuje ten kierunek. Zamiast umieszczać kolejne funkcje w zegarku, opasce czy pierścieniu, wykorzystuje powierzchnię ludzkiego ciała jako miejsce działania sensora i interfejsu.

Kolorowy rekin namalowany na dłoni jest dziś przede wszystkim eksperymentem. Kryjąca się pod nim idea może jednak zapowiadać znacznie większą zmianę: kolejny interfejs cyfrowy niekoniecznie będzie miał ekran.

Źródła:

Designboom, e-tattoos: what if a fierce shark and a shy tiger could monitor your health?

Cheng, Huanyu, Paintable on-skin dry electrodes with robust skin and device connection for wireless sensing and human–machine interfaces, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2615835123.