Inginerii creează fire mici care dau sens modului și momentului în care vă deplasați în timp real

Microscop electronic cu scanare a fibrelor acoperite cu carbon. Fir drept în stânga. Îndoiți fibrele acoperite creează tensiune (dreapta), care le schimbă conductivitatea electrică – o cantitate care poate fi utilizată pentru a calcula gradul de deformare (bară la scară de 200 microni). Credit: Yiwen Jiang, Universitatea Tufts

Inginerii au creat senzori de fibră care pot fi lipiți de piele pentru a măsura mișcarea în timp real, cu implicații potențiale pentru urmărirea stării de sănătate și a performanței.

Inginerii de la Universitatea Tufts au creat și demonstrat senzori flexibili pe bază de fibre care pot măsura mișcarea gâtului, oferind date despre direcție, unghiul de rotație și gradul de deplasare a capului. Descoperirea crește potențialul unor piese subțiri, de neînțeles, cum ar fi tatuajele care, potrivit echipei Tufts, pot măsura performanța atletică, pot monitoriza oboseala lucrătorului sau a șoferului, pot ajuta cu kinetoterapie, pot îmbunătăți jocurile și sistemele de realitate virtuală și pot îmbunătăți imaginile generate de computer. în cinematografie. Tehnologie, descrisă astăzi (29 ianuarie 2021) în Rapoarte științifice, adaugă un număr tot mai mare de senzori pe bază de fibre, dezvoltați de inginerii Tufts, care pot rătăci în textile, măsurând gaze și substanțe chimice din mediu sau metaboliți în transpirație.

În experimentele lor, cercetătorii au plasat două fire în modelul „X” de pe spatele gâtului unui subiect. Acoperiți cu o vopsea pe bază de carbon conductivă electric, senzorii detectează mișcarea atunci când firele se îndoaie, creând o tensiune care schimbă modul în care este condusă electricitatea. Când subiectul a efectuat o serie de mișcări ale capului, firele au trimis semnale către un mic modul Bluetooth, care apoi a transmis date fără fir către un computer sau smartphone pentru analiză.

Analiza datelor a inclus abordări sofisticate de învățare automată a interpretării semnalelor și traducerea acestora pentru a evalua mișcările capului în timp real, la 93% precizie. În acest fel, senzorii și procesorul urmăresc mișcarea fără interferențe de la fire, echipamente mari sau condiții restrictive, cum ar fi utilizarea camerelor sau blocarea într-o cameră sau spațiu de laborator.

În timp ce algoritmii vor trebui să se specializeze pentru fiecare sit din corp, dovada principiului demonstrează că senzorii de fibre pot fi folosiți pentru a măsura mișcarea în alte membre, potrivit cercetătorilor. Plasturii din piele sau chiar îmbrăcămintea cu forme care conțin fire pot fi folosite pentru a urmări mișcarea în mediile în care măsurătorile sunt cele mai importante, cum ar fi pe teren, la locul de muncă sau într-o clasă. Faptul că nu este nevoie de o cameră oferă o confidențialitate suplimentară.

„Aceasta este o demonstrație promițătoare a modului în care putem crea senzori care să ne monitorizeze sănătatea, performanța și mediul într-un mod neintruziv”, a spus Yiwen Jiang, student la Universitatea Tufts School of Engineering și primul autor al studiului. „Trebuie depuse mai multe eforturi pentru a îmbunătăți amploarea și precizia senzorilor, ceea ce în acest caz ar putea însemna colectarea de date dintr-o gamă mai mare de fire plasate în mod regulat într-un model și dezvoltarea algoritmilor care îmbunătățesc cantitatea de mișcare a senzorilor. articulat “.

Alte tipuri de modele de senzori de mișcare purtabile au inclus giroscopuri pe 3 axe, accelerometre și magnetometre pentru a detecta mișcarea subiectului în raport cu mediul lor. Acești senzori se bazează pe măsurători inerțiale – determinând cât de mult accelerează corpul, se rotește sau se mișcă în sus și în jos – și tind să fie mai grei și mai incomod. De exemplu, cu alte sisteme, pentru a măsura mișcarea capului, este necesar să plasați un senzor pe frunte și altul pe gât peste margele. Amplasarea necorespunzătoare a echipamentului poate interfera cu libera circulație a subiecților sau pur și simplu ușurința de a nu fi conștient de măsurat.

Pentru situații precum pe terenul atletic, noua paradigmă a senzorilor pe bază de fibre ar putea schimba jocul. Plasând piese subțiri precum tatuaje pe diferite articulații, un atlet ar putea transporta senzori de mișcare pentru a le detecta mișcarea și forma fizică, în timp ce senzorii de transpirație a firului, descriși în lucrările anterioare de echipa Tufts, ar putea urmări, de asemenea, electroliți, lactat și alți markeri de performanță biologică în sudoare.

Pe drum, o bucată de senzor de fire poate alerta oboseala șoferului de camion sau alte situații în care vigilența operatorului de urmărire este critică, monitorizând mișcările cuiva care va clătina din cap.

“Dacă putem duce această tehnologie mai departe, ar putea exista o gamă largă de aplicații și în domeniul sănătății”, a spus Jiang. De exemplu, cei care cercetează boala Parkinson și alte boli neuromusculare pot urmări, de asemenea, mișcările subiecților în mediul lor normal și în viața de zi cu zi pentru a culege date despre starea lor și eficacitatea tratamentelor.

„Scopul în crearea senzorilor pe bază de fibre este de a-i face să„ dispară ”în ceea ce privește persoana care îi poartă”, a declarat Sameer Sonkusale, profesor de inginerie electrică și informatică la Tufts School of Engineering, director al Tufts Nanolab, și autorul respectiv a studiului. „Crearea unui fir portabil capabil să măsoare mișcarea este o realizare extraordinară, făcută și mai evidentă de faptul că Yiwen a dezvoltat această invenție ca student. Sperăm să rafinăm tehnologia și să explorăm numeroasele sale posibilități. “

Referință: 29 ianuarie 2021, Rapoarte științifice.
DOI: 10.1038 / s41598-021-81284-7

Finanțare: National Science Foundation, US Army Command Center for Combat Skills Development

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.