يمكن لأجهزة استشعار الضغط المستوحاة من الأوريجامي أن تعزز تشخيص الأمراض - عالم الفيزياء

وقال فريق من الباحثين في جامعة جنوب كاليفورنيا (USC) أنشأت أجهزة استشعار ضغط قابلة للتمدد تقيس التشوهات الكبيرة والديناميكية بدقة - مما يمهد الطريق للأجهزة القابلة للزرع لاكتشاف التشوهات في الأعضاء، بالإضافة إلى مجموعة من التطبيقات المحتملة في الأجهزة القابلة للارتداء والروبوتات الناعمة.

أجهزة الاستشعار المستوحاة من الأوريغامي، الموصوفة في علم السلف، تتميز بأقطاب كهربائية ثلاثية الأبعاد قابلة للطي تعمل على تغيير أشكالها تحت التشوه. تؤدي هذه التغييرات إلى تغييرات في السعة، مما يسمح للمراقبين بقياس التشوه المحلي بدقة. تمتلك المستشعرات الناتجة نطاقًا كبيرًا من الضغط، وتباطؤًا منخفضًا للغاية، واستجابات سريعة - وهو مزيج فريد من ثلاث خصائص استشعار في جهاز واحد.

وفقا لمؤلف الصحيفة المقابلة هانغبو تشاو، كان الدافع وراء المشروع هو المحادثات مع الزملاء العاملين في مجال الروبوتات الناعمة، الذين "أعربوا عن الحاجة إلى أجهزة استشعار لقياس التشوهات بدقة في الروبوتات الناعمة شديدة التشوه".

"على الرغم من أنه تم إنجاز الكثير من العمل في هذا المجال، إلا أننا حددنا ثغرة مهمة، وهي تطوير أجهزة استشعار الضغط التي يمكنها قياس التشوهات الكبيرة بدقة عالية في ظل الاستخدام المتكرر. لقد توصلنا إلى تصميم مستشعر جديد للتغلب على هذا التحدي باستخدام أقطاب كهربائية ثلاثية الأبعاد صغيرة الحجم للاستشعار السعوي.

ويشير تشاو إلى أن أجهزة الاستشعار تتمتع بميزات جذابة أخرى، مثل الأبعاد الصغيرة واستجابات الضغط الاتجاهي، وكلها مرغوبة للغاية في استشعار الضغط. ويوضح قائلاً: "إنها أيضًا صغيرة وناعمة - ويمكنك لصق المستشعر على جسم مستهدف بسهولة، على غرار لصق الضمادة، لقياس التشوه في موقع المستشعر".

وظيفة الجهاز

وكجزء من بحثهم، استخدم الفريق أجهزة الاستشعار لرصد تشوهات الأذرع الناعمة المتصلة - وهي تمثيلات للأذرع الآلية الناعمة - عن طريق لصق العديد منها على الأذرع الفردية وقياس الاستجابات. ومن خلال تحليل استجابات أجهزة الاستشعار، تمكن الباحثون من التمييز بين عدة أنماط مختلفة من التشوه. ولأن أجهزة الاستشعار يمكنها قياس التشوهات الكبيرة والسريعة بدقة، فإن الفريق يتصور مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة، خاصة في الطب والرعاية الصحية.

"يمكن أن تكون هذه المستشعرات بمثابة أجهزة طبية حيوية يمكن ارتداؤها أو زرعها لمراقبة الرعاية الصحية. على سبيل المثال، يمكن استخدامها لتتبع حركات المفاصل أو مراقبة الأنشطة الديناميكية للأعضاء المختلفة.

ومن التطبيقات المحتملة الهامة الأخرى مراقبة وظائف الأعضاء، على سبيل المثال الكشف عن متلازمة فرط نشاط المثانة - وهي حالة تتميز بالرغبة المتكررة والمفاجئة في التبول. ومن خلال زرع أجهزة استشعار الضغط، يقول تشاو إن الأطباء يمكنهم مراقبة أنماط تمدد وانكماش المثانة بشكل مستمر، ويقدمون رؤى تفصيلية حول سلوكها على مدار اليوم.

ويوضح قائلاً: "يمكن أن تكون هذه البيانات حاسمة في تشخيص مدى خطورة الحالة وفي تطوير خطط العلاج الشخصية، وبالتالي تعزيز إدارة متلازمة فرط نشاط المثانة بشكل كبير مقارنة بطرق التقييم المتقطعة الحالية". "مثل هذه البيانات التفصيلية في الوقت الحقيقي يمكن أن تحدث ثورة في النهج المتبع في إدارة مثل هذه الظروف."

الأجهزة القابلة للزرع

في نهاية المطاف، يقول تشاو، يمكن تعديل أجهزة الاستشعار لتلبية متطلبات التوافق الحيوي والتماسك، واستخدامها كأجهزة قابلة للزرع ومتصلة بالأعضاء. إحدى المزايا المحتملة لاستخدامها في مثل هذه التطبيقات هي حقيقة أنها ناعمة وقابلة للتمدد، مما يعني أنها تستطيع قياس تشوهات الأعضاء الكبيرة بدقة وبأقل قدر من الانزعاج.

ويمكن لأجهزة الاستشعار أيضًا قياس التشوهات بشكل مستمر لتوفير معلومات عن الحالات الوظيفية للأعضاء، في حين تعتمد الأساليب الحالية في الغالب على تقنيات التصوير مثل الموجات فوق الصوتية، على سبيل المثال، والتي لا تتوفر إلا في المستشفيات.

يجمع مستشعر الإجهاد للإلكترونيات القابلة للارتداء بين الحساسية العالية ونطاق الاستشعار الكبير

"لا تزال أجهزة الاستشعار القابلة للزرع في مرحلة البحث، وخاصة أجهزة الاستشعار لقياس تشوه الأعضاء. يقول تشاو: "إن أجهزة الاستشعار الحالية لدينا ليست مناسبة للاستخدام في الأعضاء بعد، ولكن من الممكن بعد بعض التعديلات".

ويعمل الفريق الآن على تحسين أداء المستشعر لجعل الأجهزة أكثر موثوقية للاستخدام العملي في بيئات متنوعة. ويشمل ذلك، على سبيل المثال، جعلها أكثر قوة ميكانيكيًا ضد قوى الاتصال أو التداخل الكهرومغناطيسي. ويضيف تشاو: "نحن نبحث أيضًا في كيفية تعديل أجهزة الاستشعار للتطبيقات القابلة للزرع بحيث يمكن لأجهزة الاستشعار أن تعمل بشكل موثوق في بيئة سوائل الجسم".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/origami-inspired-strain-sensors-could-enhance-disease-diagnostics/