Bagaimana Cara Menyeimbangkan Permeabilitas Gas dan Adhesi Kulit Tanpa Mengorbankan Kenyamanan Wearable Silikon?

Perangkat wearable gagal di dunia nyata ketika kulit menjadi panas, basah, dan iritasi, meskipun elektroniknya berfungsi. Saya telah melihat desain yang bagus kehilangan kepercayaan pengguna karena pilihan material dibuat terlalu terlambat.

Untuk menyeimbangkan sirkulasi udara dan daya rekat, saya mulai dari mikroklimat kulit, kemudian saya memilih sistem silikon yang mengontrol transportasi gas dan kelembapan, dan saya mencocokkannya dengan strategi daya rekat yang tahan terhadap keringat, minyak, dan pemakaian berulang.

Dulu saya berpikir saya bisa "memperbaiki" kenyamanan hanya dengan mengubah kekuatan perekat. Kemudian saya menyadari bahwa kenyamanan adalah masalah sistemik. Dimulai dari kulit, kemudian merambat melalui silikon, dan berakhir di antarmuka.

Apa itu mikroklimat kulit dan mengapa hal itu menentukan apakah suatu pakaian terasa "bernapas"?

Titik panas dan keringat menumpuk di bawah perangkat yang dikenakan karena kulit adalah makhluk hidup yang selalu berubah. Jika permukaannya tertutup rapat, panas dan kelembapan yang terperangkap dapat naik dengan cepat. Kemudian pengguna merasakan gatal, licin, dan bahkan nyeri. Saya pernah melihat pengguna menyalahkan perangkat tersebut, tetapi masalah sebenarnya adalah iklim mikro.

Mikroklimat kulit adalah lapisan tipis panas, kelembapan, dan minyak kulit yang terperangkap antara perangkat dan kulit, dan lapisan ini mengontrol kenyamanan, kelancaran, dan iritasi.

Hal pertama yang saya perhatikan dalam iklim mikro

Saat saya mengulas konsep perangkat yang dapat dikenakan, saya mengajukan pertanyaan sederhana sebelum membahas soal kimia.

• Di bagian mana jahitan itu dikenakan, dan seberapa banyak area tersebut berkeringat?
• Apakah ada rambut, gerakan, atau pembengkokan yang memompa kelembapan masuk dan keluar?
• Apakah alat tersebut dikenakan selama 1 jam, 8 jam, atau sepanjang hari dan malam?
• Apakah perangkat tersebut perlu disegel agar kedap air dari luar?

Cara sederhana yang saya gunakan untuk memetakan risiko sejak dini

Saya sering menggunakan matriks singkat agar tim dapat melihat pertimbangan untung rugi tanpa perlu rapat panjang.

Jika risikonya tinggi, saya tidak akan memulai dengan "perekat yang lebih kuat." Saya akan mulai dengan transportasi, kelembutan, dan desain antarmuka. Dengan begitu, daya rekat akan lebih mudah dikendalikan.

Pilihan formulasi silikon mana yang mengubah permeabilitas gas pada perangkat yang dapat dikenakan?

Banyak orang berpikir silikon selalu berpori. Namun, dalam praktiknya hal itu tidak benar. Silikon memiliki permeabilitas gas yang baik dibandingkan dengan banyak plastik, tetapi hasil sebenarnya bergantung pada formulasi lengkap dan ketebalannya. Jika bagian tersebut tebal, masih bisa terasa kedap. Jika formulasinya mengandung banyak pengisi, permeabilitasnya dapat menurun. Jika permukaannya diberi perlakuan atau dilapisi, permeabilitasnya dapat berubah lagi.

Permeabilitas gas dalam silikon dikendalikan oleh struktur polimer, kandungan pengisi, kepadatan ikatan silang, dan ketebalan, sehingga formulasi dan geometri harus dipilih secara bersamaan.

Hal yang saya bandingkan saat memilih sistem silikon dasar.

Saya biasanya membandingkan kandidat dalam daftar pendek. Saya menggunakan bahasa yang sederhana agar dapat dipahami di seluruh bidang desain, material, dan QA.

Aturan praktis yang saya gunakan

Jika perangkat yang dapat dikenakan harus dipakai dalam waktu lama, saya akan menggunakan lapisan silikon yang lebih tipis jika memungkinkan, tetapi saya tetap mendukungnya dengan struktur. Saya lebih suka menggunakan rusuk desain dan geometri yang cerdas daripada membuat seluruh bagian menjadi tebal. Ketebalan adalah cara tercepat untuk menghilangkan sirkulasi udara.

Sistem perekat mana yang sebaiknya saya pilih untuk perangkat wearable?

Masalah daya rekat adalah hal yang paling sering membuat tim pengembang perangkat wearable kesulitan. Mereka menginginkan daya rekat yang kuat, tetapi juga ingin perangkat tersebut mudah dilepas. Mereka ingin perangkat tersebut tetap berfungsi meskipun berkeringat, tetapi juga menginginkan iritasi yang minimal. Ini adalah konflik nyata, jadi saya tidak berpura-pura ada satu jawaban yang sempurna.

Saya memilih sistem perekat berdasarkan waktu pemakaian, frekuensi pelepasan, dan sensitivitas kulit, kemudian saya menyesuaikan kinerja pengelupasan dan geser untuk keringat dan gerakan, bukan hanya mengejar daya rekat yang lebih tinggi.

Opsi 1: Perekat sensitif tekanan medis (PSA)

PSA medis dapat diandalkan dan dapat diprediksi jika desainnya tepat.

• Cocok untuk: plester sekali pakai, pemakaian jangka panjang, pelepasan terkontrol.
• Yang saya sukai: kinerja yang stabil, metode pengujian yang teruji, kematangan rantai pasokan.
• Risiko: pengelupasan kulit jika pengelupasan terlalu tinggi, dan residu jika sistem tidak sesuai.

Opsi 2: Perawatan permukaan untuk meningkatkan daya rekat

Perlakuan permukaan dapat membantu ketika silikon perlu berikatan dengan lapisan lain, atau ketika lapisan pelapis harus menempel.

• Cocok untuk: merekatkan silikon ke film, meningkatkan daya rekat lapisan, kontrol proses.
• Yang saya sukai: dapat meningkatkan kekuatan ikatan tanpa mengubah silikon secara keseluruhan.
• Risiko: penuaan pengobatan, pengobatan yang tidak merata, dan kegagalan di lapangan yang sulit diatasi.

Opsi 3: Sistem perekat atau "perekat ulang" yang dapat digunakan kembali

Perekat yang dapat digunakan kembali tampak menarik untuk perangkat wearable konsumen, tetapi perlu pengujian yang jujur.

• Cocok untuk: perangkat yang harus dilepas dan dipasang kembali berkali-kali
• Yang saya sukai: perilaku yang ramah pengguna saat berfungsi dengan baik.
• Risiko: kontaminasi keringat dan minyak kulit, penurunan daya cengkeram yang cepat, dan "rasa kotor"“

Tabel keputusan sederhana yang saya gunakan

Saya juga mengingatkan diri sendiri bahwa "kuat" tidak selalu baik. Kuat bisa berarti merusak kulit. Saya bertujuan untuk penghapusan yang stabil dan dapat diprediksi. Itu sering kali memenangkan kepercayaan pengguna.

Bagaimana keringat dan minyak kulit mengubah silikon dan daya rekatnya seiring waktu?

Keringat adalah air ditambah garam. Minyak kulit adalah campuran lipid. Bersama-sama, keduanya dapat mengubah gesekan, melunakkan beberapa lapisan, dan mengurangi daya rekat. Bahkan ketika silikon itu sendiri stabil secara kimia, antarmuka tetap dapat gagal. Saya pernah melihat perangkat yang dapat dikenakan lolos uji laboratorium kering dan cepat gagal dalam penggunaan nyata karena antarmuka menjadi licin.

Keringat dan minyak kulit terutama menyerang antarmuka dengan mengubah gesekan dan mencemari perekat, jadi saya menguji dengan kelembapan, garam, dan paparan minyak yang realistis, bukan hanya kondisi kering.

Mode kegagalan apa yang saya pantau?

• Tepi terangkat setelah berkeringat, bahkan ketika kontak tengah terlihat baik-baik saja.
• Terjadi pergeseran saat bergerak karena permukaan kulit menjadi terlumasi.
• Perekat menjadi "putih" atau melunak setelah direndam dalam kelembapan.
• Bau tak sedap menumpuk karena area tersebut tetap lembap dan hangat.

Bagaimana saya mengurangi risiko ini dengan desain, bukan hanya kimia.

• Saya menggunakan tepi yang membulat dan ketebalan tepi yang terkontrol sehingga gaya pengelupasan tetap rendah.
• Saya menghindari sudut-sudut tajam yang memusatkan tekanan saat membengkokkan.
• Saya merencanakan jalur ventilasi dan tekstur mikro jika sesuai dengan produk.
• Saya menjaga area kontak tetap cukup besar agar beban terbagi rata.

Saat saya melakukan langkah-langkah ini, pilihan perekat menjadi tidak terlalu ekstrem. Saya tidak perlu mengejar daya rekat yang sangat tinggi, sehingga risiko iritasi berkurang.

Bagaimana cara mendesain agar nyaman dipakai dalam jangka waktu lama, dan faktor manusia apa yang paling penting?

Kenyamanan bukan hanya soal kelembutan. Kenyamanan juga meliputi sensasi panas, kelembapan, dan cara perangkat bergerak mengikuti tubuh. Saya mempelajari ini dari umpan balik pengguna yang terdengar "emosional," tetapi sebenarnya fisik. Orang-orang mengatakan perangkat yang dikenakan terasa "pengap" atau "ketat." Itu biasanya berarti perangkat tersebut memerangkap panas, atau menarik kulit saat bergerak.

Kenyamanan pemakaian jangka panjang bergantung pada manajemen termal dan kelembapan, tekanan kulit yang rendah selama bergerak, dan geometri yang menghindari titik-titik tekanan, jadi saya memperlakukan bagian silikon sebagai komponen faktor manusia.

Pemeriksaan faktor manusia yang saya jalankan

• Pemetaan tekanan: Saya mencari zona bertekanan tinggi kecil di dekat tepi.
• Pemeriksaan gerakan: Saya menekuk dan memutar perangkat di lokasi pemakaian sebenarnya.
• Perilaku pelepasan: Saya memperhatikan bagaimana pengguna melepaskannya, bukan bagaimana saya melepaskannya.
• Pengecekan tanda pada kulit: Saya memeriksa kemerahan setelah 30 menit, lalu setelah pemakaian lebih lama.

Kebiasaan desain kenyamanan saya

Saya berusaha agar perangkat yang dikenakan tetap lentur mengikuti arah gerakan tubuh. Saya juga mengurangi gradien kekakuan. Jika satu area kaku dan area berikutnya lunak, kulit akan mengalami tekanan di perbatasan tersebut. Saya juga menghindari "bibir" tebal yang bertindak seperti segel. Jika saya membutuhkan penyegelan, saya melakukannya di zona-zona tertentu, bukan di seluruh area.

Metode validasi mana yang paling baik membuktikan kemampuan bernapas dan daya rekat untuk desain silikon yang dapat dikenakan?

Jika tujuan produk adalah penggunaan di dunia nyata, maka rencana pengujian harus menyerupai penggunaan di dunia nyata. Saya masih menggunakan pengujian standar, tetapi saya tidak berhenti di situ. Saya membangun rangkaian pengujian yang menghubungkan data material dengan hasil yang diperoleh pengguna. Hal itu membantu saya menjelaskan pertimbangan kepada tim dan juga membantu saya menghindari kejutan.

Saya memvalidasi perangkat wearable silikon dengan kombinasi pengujian tempel, pengelupasan dan geser di bawah kelembapan, serta siklus peregangan dengan paparan suhu dan keringat, karena pengujian kondisi tunggal tidak mendeteksi kegagalan antarmuka.

1) Uji tempel (kecocokan kulit)

Saya menggunakan uji tempel untuk memeriksa risiko iritasi. Saya juga menggunakannya untuk membandingkan varian desain. Bahkan perubahan geometri kecil pun dapat mengubah kemerahan. Saya mencatat waktu, lokasi, dan metode penghapusannya.

2) Kekuatan pengelupasan dan pelepasan berulang

Kekuatan pengelupasan bukan hanya satu angka. Saya mengukurnya setelah direndam dalam kelembapan dan setelah terpapar keringat. Saya juga mengukurnya setelah siklus pengaplikasian dan penghapusan berulang jika produk tersebut dapat digunakan kembali. Saya mencatat residu dan sensasi yang dirasakan pengguna, bukan hanya kekuatan pengelupasan.

3) Peregangan bersepeda dan simulasi gerakan

Perangkat wearable dapat ditekuk. Saya menjalankan siklus peregangan yang sesuai dengan penggunaan yang diharapkan. Saya juga melakukan siklus pada suhu dan kelembapan karena kelembutan silikon dan perilaku perekat dapat berubah dengan panas.

4) Tekanan suhu dan kelembapan

Saya melakukan penyimpanan di tempat yang panas dan lembap, lalu menguji daya rekatnya lagi. Saya melakukan ini karena beberapa perlakuan antarmuka dan lapisan perekat dapat berubah seiring waktu. Penuaan bisa terjadi tanpa menimbulkan tanda-tanda hingga produk dikirim.

Peta validasi dasar yang saya sukai

Kesimpulan

Saya menyeimbangkan permeabilitas gas dan adhesi kulit dengan memulai dari mikroklimat kulit, kemudian memilih silikon dan geometri secara bersamaan, lalu memvalidasi antarmuka di bawah pengaruh keringat, panas, dan gerakan.