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Veröffentlicht am 18-03-2019

Wearable Tech trifft auf Tattoo-Kunst, um beide zu revolutionieren

von Carolyn Beans

Die Ingenieurin und Künstlerin Cindy Hsin-Liu Kao hat vor einigen Jahren durch Vogue gestöbert, als ihr ein Artikel über temporäre metallische Tattoos auffiel. Kao starrte die glitzernden Formen an, die wie Schmuck um das Handgelenk eines Modells gewickelt waren, und fragte sich, ob sie leitfähig waren. Sie stellte sich die Möglichkeiten vor: On-Skin-Benutzeroberflächen, die als Touchpad fungierten, Informationen anzeigen oder sogar gespeicherte und übertragene Daten.

Inspiriert durch den Trend der metallischen Tätowierkunst haben die Forscher hinter DuoSkin ein Verfahren zur Herstellung von temporären Tätowierungen aus Blattgold entwickelt, das wie ein Trackpad funktionieren kann, Informationen drahtlos übermittelt oder die Farbe mit der Körpertemperatur ändert. Bild mit freundlicher Genehmigung von Jimmy Day / MIT Media Lab.

Es stellt sich heraus, dass die Tätowierungen nicht leitfähig waren. Mit der Hilfe von Kollegen am MIT und Microsoft Research hat Kao, ein Doktorand des MIT Media Lab, einige davon geschaffen. Die daraus resultierende Innovation DuoSkin ist ein öffentlich zugänglicher Herstellungsprozess, der jedem, der Zugriff auf ein Kunsthandwerksgeschäft, Grafikdesign-Software und preiswerte Elektronik hat, temporäre Tätowierungen aus vergoldetem Blatt mit unzähligen Funktionen ermöglicht - von der Weiterentwicklung der Songs auf einem Musikplayer bis zum Farbwechsel mit Körpertemperatur. Bei der New York Fashion Week 2017 trugen Modelle DuoSkin-Tätowierungen, die Informationen über die Kleidungsstücke an die Smartphones der Zuschauer übermittelten.

Tätowierungen, sowohl temporäre als auch dauerhafte, haben Massenanklang. Laut einem Bericht des Pew Research Center aus dem Jahr 2010 haben fast 40% der Millennials mindestens eine dauerhafte Tätowierung. Wie Kao reagiert eine wachsende Zahl von Forschern auf diesen Trend, indem sie tragbare Technologien in Form temporärer und sogar permanenter Tätowierungen entwickelt.

Die Tätowierungen, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, sind von praktischer und medizinischer Bedeutung, von der Verdoppelung als Elektronik bis zur Erfassung von Gesundheitsinformationen. Die Forscher sind sich jedoch einig, dass die Tätowierungen auch visuell beeindrucken müssen, um sie umfassend einsetzen zu können. „Man muss an Ästhetik denken“, sagt Kao. „Alles am Körper ist ein wesentlicher Bestandteil unserer Identität.“

Hautähnliche Elektronik

Viele verfolgen den Bereich der intelligenten Tätowierungen bis 2011, als der Materialforscher und Bioingenieur John Rogers von der Northwestern University sein "epidermales elektronisches System" in Science beschrieb. Sein Team packte Elektroden, Elektronik, Sensoren, Netzteile und Kommunikationskomponenten in eine dehnbare, ultradünne Membran auf Silikonbasis, die wie ein temporäres Tattoo auf der Haut haftet.

Rogers, der MC10, Inc., ein Unternehmen, das Wearables für die Erhebung von Gesundheitsdaten entwickelt, mitbegründete, demonstrierte mögliche Anwendungen, einschließlich der Messung der Aktivität im Gehirn (EEG), Herz (EKG) und Muskel (EMG). Da die Tätowierungen Daten drahtlos und ohne Klebebänder, Gurte und leitfähige Gele übertragen, könnte das Gerät Patienten, Sportlern oder allen an seinen eigenen Vitalfunktionen interessierten Personen ermöglichen, sich außerhalb eines medizinischen Umfelds zu überwachen. Das Rogers-Unternehmen hat bereits eine Version dieses Produkts mit dem Namen BioStamp herausgebracht, mit der Forscher Studienteilnehmer nachverfolgen und Ärzte die Gesundheit der Patienten verfolgen können. Die für das aktuelle Produkt erforderliche Batterie macht das Gerät jedoch dicker als ein temporäres Tattoo.

Rogers hat auch mit L'Oréal zusammengearbeitet, um ein UV-Erkennungsgerät zu entwickeln, das nicht auf eine Batterie angewiesen ist und eher wie eine temporäre Tätowierung funktioniert. Das 2016 erschienene herzförmige „My UV Patch“ enthält lichtempfindliche Farbstoffe, die mit der Ansammlung von UV-Strahlen ihre Farbe ändern. "Da es sich um eine visuell wahrnehmbare Farbänderung handelt, können Sie schon durch einen Blick eine ziemlich gute Vorstellung von der UV-Belichtung bekommen", sagt Rogers. Träger können das Tattoo auch über eine mobile App fotografieren, die die Farbänderung analysiert und den Grad der kumulativen UV-Exposition meldet.

Und das ist nicht das einzige UV-Tattoo auf dem Werk. Forscher eines Start-up-Unternehmens mit Sitz in San Francisco namens LogicInk arbeiten an einem temporären Tattoo, das kumulative UV-Strahlen mit einem äußeren Ring und die aktuellen UV-Werte mit einem inneren anzeigt. Der Träger kann ein Smartphone verwenden, um die tägliche Exposition zu protokollieren. Die grundlegende Frage, ob man in der Sonne bleiben oder Schatten finden soll, kann jedoch nur durch einen Blick auf das Tattoo beantwortet werden, sagt Carlos Olguin, Mitbegründer von LogicInk. Das Team möchte diese Tätowierungen ohne interne Elektronik oder die Anzeige eines Smartphones erstellen.

Viele der Tätowierungen, die sich in der Entwicklung befinden, haben ein gemeinsames Ziel: den Körper nach Daten zu suchen. Der Materialforscher des MIT, Xuanhe Zhao, hat kürzlich ein Proof-of-Concept "Living Tattoo" entwickelt, bei dem Bakterien verwendet werden, die in Form eines Baums in einem flexiblen Hydrogelmaterial gedruckt sind und als Reaktion auf chemische Verbindungen auf der menschlichen Haut leuchten. Das Team stellt sich vor, eines Tages Bakterien zu integrieren, die auf eine Reihe von Reizen reagieren, von Umweltchemikalien und Schadstoffen bis hin zu Änderungen des pH-Werts und der Temperatur. An der University of California in San Diego entwickelten der Nano-Ingenieur Joseph Wang und seine Kollegen ein weiteres Proof-of-Concept-Tattoo zur Messung des Blutzuckerspiegels, eine mögliche nadelfreie Alternative für Diabetiker.

Der Maschinenbau- und Materialingenieur Nanshu Lu von der University of Texas in Austin, ein Colead-Autor von Rogers 'bahnbrechendem Papier, entwickelte kürzlich ein Graphen-Tattoo, das Vitalparameter misst. "Niemand könnte es sehen, wenn Sie nicht genau hinschauen", sagt sie. Für diejenigen, die ein modisches Statement abgeben wollen, hat sie eine auf Gold und Titan basierende Version, die sie durch ihr Startup Rotex kommerzialisiert. In der Hoffnung, Menschen zu helfen, deren Gesundheitszustand ständig überwacht werden muss, begann Katia Vega, Beauty-Tech-Designerin und Postdoc am MIT Media Lab, mit der Entwicklung von Dermal Abyss, einem permanenten, intelligenten Tattoo, in Zusammenarbeit mit ihrer Gruppe und bei Harvard Medizinschule. Nachdem Vega von Tätowierern gelernt hatte, wie man eine Tätowiermaschine verwendet, tauschte Vega traditionelle Tinten durch Biosensoren, deren Farben sich ändern, um Natrium-, Glukose- und pH-Werte in der interstitiellen Flüssigkeit der Haut anzuzeigen. Sie testete die Idee in der Haut eines Schweins.

Das in Kürze erscheinende LogicInk UV-Tattoo zeigt die kumulative UV-Belastung mit einem äußeren Ring und die aktuellen UV-Werte mit einem inneren an. Bild mit freundlicher Genehmigung der LogicInk Corporation.

Es auf den Markt bringen

Mit Ausnahme der Anleitungen zum Tätowieren von DuoSkin und den UV-Detektoren von L’Oreal und LogicInk haben die meisten Projekte es nicht auf die Haut (oder in die Haut) der Öffentlichkeit geschafft. "Es kommt", sagt Rogers. „Viele Unternehmen arbeiten in diesem Bereich. Es dauert nur Zeit, da Sie nicht einfach loslaufen und Ihren Elektronikhersteller vor Ort anrufen und ihm mitteilen können, dass Sie hautähnliche Geräte wünschen. "

Wenn Vega mit Dermal Abyss voranschreiten sollte, sieht sie viele notwendige Verbesserungen vor; Sie müsste zum Beispiel die Biosensoren auf Toxizität testen. Wang sagt, bevor das Produkt seines Teams von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassen wird, müssen sie Ergebnisse zeigen, die denen der traditionellen Glukosetests auf Nadelbasis entsprechen, unabhängig von Hautrauheit oder -permeabilität.

Bevor LogicInk ein Tattoo kommerzialisieren kann, das einen niedermolekularen Sensor zum Nachweis des Ethanolgehalts im Schweiß enthält, wurde dieses Gerät im National Institute for Alcohol Abuse 2016 und dem Wearable Alcohol Biosensor Challenge mit ehrenvoller Erwähnung ausgezeichnet - das Unternehmen muss dies feststellen arbeitet konsequent. Eine Herausforderung: Es kann schwierig sein, das Ethanolsignal einer Person, die weniger schwitzt, so stark zu verstärken, dass die Farbe der Tätowierung geändert wird.

Lu erwartet, dass es fünf oder mehr Jahre dauern wird, bevor ihr Graphen-Tattoo die Öffentlichkeit erreicht. "Etwas so weich und dünn ist sehr zerbrechlich", sagt sie. "Wir haben zwar Prototypen, die funktionieren, aber wenn Sie über ein sehr zuverlässiges, belastbares und robustes Produkt sprechen möchten, ist noch ein weiter Weg erforderlich."

Wenn intelligente Tätowierungen es auf den Markt schaffen, gehen viele Forscher davon aus, dass die Verbraucher bereit sind. Vega sagt, dass sie Hunderte von E-Mails von Leuten erhalten hat, die Dermal Abyss ausprobieren möchten. Und Kao ist begeistert, zu sehen, wie Leute Tätowierungen nach ihrem Verfahren entwerfen, einschließlich einer Grundschulklasse, die ein Tattoo gemacht hat, das beim Antippen Selfies macht.

Künstlerische Berührung

Sind diese Innovationen nur neue Technologien, eine echte Evolution der Tätowierkunst oder beides? Rogers betrachtet sich nicht als Künstler, aber er hat gelernt, auf Design zu achten. „Das visuelle Erscheinungsbild, die Farben und die Muster sind absolut entscheidend, um die Menschen zu begeistern“, sagt er. Kuratoren des New Yorker Museum of Modern Art haben sein tätowieriges Gerät "Lab on the Skin" in die Ausstellung "Items: Is Fashion Modern?" Aufgenommen, die am 28. Januar 2018 stattfand. Das Gerät verwendet farbreaktive chemische Reagenzien den Schweiß einer Person analysieren Sein stromlinienförmiges Erscheinungsbild zeigt vier farbige Punkte, die pH-, Laktat-, Chlorid- und Glukosewerte anzeigen, die von einer Wellenlinie umgeben sind, die den Schweißverlust meldet, alle in einem klaren Kreis eingebettet.

Ästhetik spielte auch eine Rolle bei der Entwicklung des LogicInk UV-Tattoos, das 2018 auf den Markt kommen wird. „Wir versuchen, dieses kulturelle Gespräch mit dem Einsatz von Tattoos zu führen“, sagt Olguin. "Wir versuchen, ein Kanal für Gesundheitsbewusstsein, aber auch für Selbstdarstellung zu sein."

E Roon Kang, der Designer von LogicInk Tattoo, traf sich wöchentlich mit dem Forschungsteam, als er verschiedene Ansätze untersuchte, um die Herausforderung der Kombination von Lesbarkeit mit wissenschaftlicher Genauigkeit und ästhetischer Attraktivität zu meistern. „Es ist ein Stück Grafik. Es ist etwas, das du trägst. Aber gleichzeitig ist es eine Schnittstelle, eine Visualisierung von Informationen “, sagt er. Der Herstellungsprozess wies einige Einschränkungen auf. Das Team wendet das Pigment ähnlich wie Siebdruck an, was am besten bei großen Farbblöcken funktioniert. Die Aufnahme eines fotografischen Bildes, sagt Kang, sei "einfach nicht in Frage".

"Wir versuchen, ein Kanal für Gesundheitsbewusstsein, aber auch für Selbstdarstellung zu sein."
- Carlos Olguin

Die Tätowierungshistorikerin Anna Felicity Friedman, Autorin des Weltatlas der Tätowierung, sagt, dass nur das Dermal Abyss-Projekt als Tätowierung betrachtet werden kann. Die meisten Tätowierer klassifizieren temporäre Tätowierungen als etwas ganz anderes. Der Soziologe David Lane von der University of South Dakota, der eine Ethnographie über Tätowierer in Baltimore schreibt, stimmt dem zu. "Es wäre cool, ein kleines Touchpad an meinem Arm zu haben", sagt er. "Aber es ist kein Tattoo in meinen Gedanken."

Kao sieht jedoch eine direkte Verbindung zwischen dem traditionellen Tätowieren und den intelligenten Tätowierungen, die sie und andere entwickeln. "Ich denke, es ist ein wirklich angeborener menschlicher Wunsch, unseren Körper zu schmücken", sagt sie. „In der Vergangenheit haben wir Pigmente verwendet, die Materialien um uns herum. Nun, da sich die Technologie zu einer Miniatur entwickelt und die Materialien so flexibel und formbar sind, macht es nur Sinn, unsere Körper mit Technologie zu schmücken. Es ist spannend, an diesem Ort und zu dieser Zeit zu sein, wo wir damit anfangen können. "

Veröffentlicht unter der PNAS-Lizenz. Weitere Informationen, einschließlich vollständiger Referenzen, finden Sie auf pnas.org.

Siehe auch

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