Cerotti antidolorifici, anche loro presto diventeranno smart

Cerotti antidolorifici, anche loro presto diventeranno smart

Una struttura in rame che può flettersi ed estendersi senza subire danni: è questa la base per un cerotto termico riutilizzabile, che può essere controllato con lo smartphone

di Andrea Bai pubblicata il , alle 09:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Chi, tra atleti e pazienti artritici, ricorre all'uso di cerotti medicali termici per alleviare il dolore procurato da articolazioni e muscoli potrebbe presto rivolgersi a cerotti "smart" dei quali è possibile controllare l'esatta temperatura mediante l'uso di uno smartphone. Si tratta di un progetto, ancora in fase di ricerca preliminare, che viene portato avanti da un gruppo di ingegneri e ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita.

Muhammad Mustafa Hussain, professore associato di ingegneria elettrica presso l'università, ha commentato: "Possiamo realizzare qualunque cosa dal silicio o da altre pellicole sottili inorganiche con dispositivi prefabbricati flessibili ed elastici. E' una sorta di nostro cavallo di battaglia".

Gli ingegneri della KAUST hanno l'ambizione di portare i propri cerotti tecnologici a sostituire gli oltre 4,2 miliardi di cerotti medicali a base chimica che sono venduti ogni anno per alleviare dolori muscolari e articolari. Il progetto di questi cerotti si basa sull'impiego di particolari molle di rame estensibili e flessibili che conducono energia elettrica ad una serie di piccoli elementi riscaldanti interconnessi tra loro.

L'idea è nata nella testa di Hussain osservando i cerotti medicali usati dalla madre per alleviare la sofferenza procurata da un ginocchio dolorante. Si tratta di cerotti, dalle forme e dimensioni più diverse per adattarsi a varie parti del corpo umano, che rilasciano calore (o anche un qualche genere di sostanza antidolorifica) per via di una reazione chimica esotermica e che sul lungo termine possono risultare costosi perché sono prodotti monouso.

Hussain ha quindi pensato di realizzare un cerotto flessibile ed elastico che fosse riutilizzabile e quindi costasse meno delle controparti a base chimica. Il gruppo di lavoro coordinato da Hussain ha quindi pensato di utilizzare il rame, un metallo economico e molto comune nel campo elettronico. La prima sfida da affrontare è stata quella di riuscire a costruire interconnessioni in rame in grado di resistere alla flessione e all'estensione oltre al normale tasso di stiramento del metallo del 20%-25%.


Il prototipo di cerotto smart creato al KAUST.

Gli ingegneri hanno quindi ideato un motivo geometrico ripetitivo, usando il rame per comporre un reticolo di forme che ricordano il numero 8 con una singola linea ininterrotta che non si interseca mai con se stessa. Questa forma permette alle interconnessioni di rame di sopravvivere a stiramenti fino all'800% oltre la dimensione iniziale. "Il disegno che abbiamo utilizzato non è nuovo. Ma abbiamo condotto simulazioni meticolose e modellazioni per verificare se fosse possibile identificare una regola di design che usasse il rame in modo da permettere alla forma di estendersi al massimo, assorbendo contemporaneamente lo stress di deformazione" ha spiegato Hussain.

Oltre le simulazioni i ricercatori hanno costruito 40 prototipi di cerotti smart per sottoporle ad un test continuativo di flessione e stiramento per circa sei mesi a condizioni ambiente in Arabia Saudita, dove l'atmosfera è di norma particolarmente umida. In questo modo i ricercatori hanno voluto assicurarsi che i cerotti potessero effettivamente sopravvivere come elementi riutilizzabili in grado di resistere molto più a lungo rispetto agli attuali cerotti chimici monouso.

Ciascun cerotto ha agito inoltre come auto-sensore di temperatura, rilevando la variazione della resistenza elettrica nel rame, che accompagna qualsiasi incremento di temperatura. Il prototipo fa uso di elettronica commerciale, come Arduino Uno, per le operazioni di controllo e monitoraggio, e di Seed Studio Bluetooth Shield per la comunicazione wireless con uno smartphone Android dal quale è possibile regolare la temperatura del cerotto.

L'intero sistema viene alimentato da due comuni batterie a pastiglia e consuma 1,5 watt alla massima temperatura operativa: a queste condizioni la carica viene esaurita in circa due ore. Hussain ha però in mente un'autonomia operativa più estesa per scenari d'uso più tradizionali: "Se assumiamo che un paziente usi il cerotto termico ad una temperatura confortevole ma efficace per lenire il dolore, per un'ora ogni giorno per 14 giorni, deve essere possibile fare tutto ciò con una batteria a pastiglia prima di aver bisogno di una ricarica".

Prima, però, di poter trasformare i risultati di ricerca in un prodotto commerciale, i ricercatori vogliono introdurre componenti elettronici più flessibili così da sostituire l'hardware elettronico e la batteria presente nei prototipi: l'obiettivo ultimo di Hussain è che tutto il dispositivo possa essere realizzato in maniera elastica e flessibile. Il gruppo di lavoro ha già pubblicato una serie di articoli riguardanti esperimenti con prototipi elastici di tessuti in silicio, che possono preparare il terreno ad un cerotto smart completamente flessibile.

Secondo Hussain una versione commerciale del cerotto smart potrebbe essere commercializato a meno di 4 dollari l'uno ad una scala di mezzo miliardo di prodotti all'anno. "I product engineer avranno un sacco di idee interessanti per renderli robusti e più efficaci in questo senso, ma abbiamo compiuto il primo passo", ha affermato Hussain che è già in contatto con uno dei principali marchi che attualmente produce e commercializza i cerotti termici a base chimica per esplorare la possibilità di trasformare il prototipo di laboratorio in un prodotto commerciale.

1 Commenti
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Rubberick17 Dicembre 2014, 13:33 #1
speriamo.. non tanto per lo smart.. quanto per il riutilizzabile con ricarica ^^

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