حسگرهای فشار الهام گرفته از اوریگامی می‌توانند تشخیص بیماری را افزایش دهند - Physics World

حسگرهای فشار الهام گرفته از اوریگامی می‌توانند تشخیص بیماری را افزایش دهند - Physics World

تمبر زمانی: 22 سپتامبر 2023، 5:00 صبح

محققان USC هانگبو ژائو و شینگهائو هوانگ
محققان USC نویسنده مسئول Hangbo Zhao و نویسنده اول Xinghao Huang با حسگر فشار جدید خود. (با احترام: گروه تحقیقاتی ژائو، دانشکده مهندسی USC Viterbi)

تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) حسگرهای کششی ایجاد کرده است که تغییر شکل‌های بزرگ و دینامیکی را به دقت اندازه‌گیری می‌کند - راه را برای دستگاه‌های قابل کاشت برای تشخیص تغییر شکل‌ها در اندام‌ها و همچنین طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه در پوشیدنی‌ها و روباتیک نرم هموار می‌کند.

سنسورهای الهام گرفته از اوریگامی، شرح داده شده در با پیشرفتهای علمی، دارای الکترودهای سه بعدی تاشو هستند که شکل آنها را تحت تغییر شکل تغییر می دهند. این تغییرات منجر به تغییر در ظرفیت خازنی می شود و به ناظران امکان می دهد تا تغییر شکل موضعی را به دقت اندازه گیری کنند. سنسورهای به دست آمده دارای محدوده کرنش بزرگ، پسماند بسیار کم و پاسخ های سریع هستند - ترکیبی منحصر به فرد از سه ویژگی حسگر در یک دستگاه واحد.

سنسورهای قابل کشش می توانند تا سه برابر اندازه اصلی خود کشیده شوند
با الهام از اوریگامی حسگرهای جدید حتی با استفاده مکرر می توانند تا سه برابر اندازه اصلی خود با دقت حسی بالا کشیده شوند. (با احترام: گروه تحقیقاتی ژائو، دانشکده مهندسی USC Viterbi)

به گفته نویسنده مسئول مقاله هانگبو ژائوانگیزه این پروژه گفتگو با همکارانی بود که در زمینه رباتیک نرم کار می‌کردند، که «نیاز به حسگرهایی را برای اندازه‌گیری دقیق تغییر شکل‌ها در روبات‌های نرم و بسیار تغییر شکل‌پذیر خود بیان کردند».

اگرچه کارهای زیادی در این زمینه انجام شده است، ما یک شکاف مهم را شناسایی کردیم که توسعه حسگرهای کرنش است که می تواند تغییر شکل های بزرگ را با دقت بالا در استفاده مکرر اندازه گیری کند. ما با طراحی حسگر جدیدی برای غلبه بر این چالش با استفاده از الکترودهای سه بعدی در مقیاس کوچک برای سنجش خازنی آمدیم.»

ژائو خاطرنشان می کند که سنسورها دارای ویژگی های جذاب دیگری مانند ابعاد کوچک و پاسخ های کرنش جهت دار هستند که همگی در سنجش کرنش بسیار مطلوب هستند. او توضیح می دهد: "آنها همچنین کوچک و نرم هستند - و شما می توانید یک حسگر را به راحتی به یک جسم هدف بچسبانید، مشابه چسباندن یک باند، برای اندازه گیری تغییر شکل در محل حسگر."

عملکرد اندام

به عنوان بخشی از تحقیقات خود، این تیم از این حسگرها برای نظارت بر تغییر شکل بازوهای پیوسته نرم - نمایش بازوهای رباتیک نرم - با چسباندن چندین مورد از آنها به بازوهای فردی و اندازه گیری پاسخ ها استفاده کردند. با تجزیه و تحلیل پاسخ های حسگر، محققان توانستند چندین حالت مختلف تغییر شکل را تشخیص دهند. از آنجایی که حسگرها می توانند تغییر شکل های بزرگ و سریع را به دقت اندازه گیری کنند، تیم طیف گسترده ای از کاربردهای بالقوه، به ویژه در پزشکی و مراقبت های بهداشتی را در نظر گرفته است.

این حسگرها به طور بالقوه می توانند به عنوان دستگاه های زیست پزشکی قابل پوشیدن یا کاشتنی برای نظارت بر مراقبت های بهداشتی عمل کنند. به عنوان مثال، می توان از آنها برای ردیابی حرکات مفاصل یا مشاهده فعالیت های پویای اندام های مختلف استفاده کرد.

یکی دیگر از کاربردهای بالقوه قابل توجه، نظارت بر عملکرد اندام است، به عنوان مثال تشخیص سندرم مثانه بیش فعال - وضعیتی که با یک میل مکرر و ناگهانی برای ادرار مشخص می شود. ژائو می گوید که با کاشت حسگرهای فشار، پزشکان می توانند به طور مداوم الگوهای انبساط و انقباض مثانه را تحت نظر داشته باشند و بینش دقیقی از رفتار آن در طول روز ارائه دهند.

او توضیح می‌دهد: «این داده‌ها می‌توانند در تشخیص شدت بیماری و در توسعه برنامه‌های درمانی شخصی‌سازی شده حیاتی باشند و در نتیجه مدیریت سندرم مثانه بیش فعال را در مقایسه با روش‌های ارزیابی متناوب فعلی به طور قابل‌توجهی افزایش دهند.» چنین داده های دقیق و بی درنگ می تواند به طور بالقوه رویکرد مدیریت شرایطی مانند این را متحول کند.

دستگاه های کاشتنی

در نهایت، ژائو می‌گوید، حسگرها را می‌توان برای برآورده کردن الزامات زیست سازگاری و هرمتیک اصلاح کرد و به عنوان دستگاه‌های قابل کاشت متصل به اندام‌ها استفاده کرد. یکی از مزیت‌های بالقوه استفاده از آنها برای چنین کاربردهایی این است که نرم و کشسان هستند، به این معنی که می‌توانند تغییر شکل‌های اندام بزرگ را به دقت و با حداقل ناراحتی اندازه‌گیری کنند.

حسگرها همچنین می‌توانند تغییر شکل‌ها را به‌طور مداوم اندازه‌گیری کنند تا اطلاعاتی در مورد وضعیت‌های عملکردی اندام‌ها ارائه کنند - در حالی که رویکردهای موجود عمدتاً به تکنیک‌های تصویربرداری مانند اولتراسوند متکی هستند که فقط در تنظیمات بیمارستانی در دسترس است.

سنسورهای قابل کاشت هنوز در مرحله تحقیقاتی هستند، به ویژه سنسورهایی برای اندازه گیری تغییر شکل اندام. سنسورهای فعلی ما هنوز برای استفاده در اندام‌ها مناسب نیستند، اما پس از تغییراتی ممکن است.»

این تیم اکنون در حال بهینه سازی عملکرد حسگر است تا دستگاه ها را برای استفاده عملی در محیط های مختلف قابل اطمینان تر کند. این شامل، برای مثال، قوی تر کردن آنها از نظر مکانیکی در برابر نیروهای تماسی یا تداخل الکترومغناطیسی است. ژائو می افزاید: «ما همچنین در حال بررسی نحوه اصلاح حسگرها برای کاربردهای قابل کاشت هستیم تا حسگرها بتوانند به طور قابل اعتماد در محیط مایعات بدن عمل کنند.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک