ओरिगेमी-प्रेरित स्ट्रेन सेंसर रोग निदान को बढ़ा सकते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

ओरिगेमी-प्रेरित स्ट्रेन सेंसर रोग निदान को बढ़ा सकते हैं - फिजिक्स वर्ल्ड

समय टिकट: 22 सितंबर, 2023 5:00 पूर्वाह्न

यूएससी के शोधकर्ता हैंगबो झाओ और ज़िंगहाओ हुआंग
यूएससी शोधकर्ता संवाददाता लेखक हैंगबो झाओ और पहले लेखक ज़िंगहाओ हुआंग अपने नव विकसित स्ट्रेन सेंसर के साथ। (सौजन्य: झाओ रिसर्च ग्रुप, यूएससी विटर्बी स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग)

दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम (यूएससी) ने स्ट्रेचेबल स्ट्रेन सेंसर बनाए हैं जो बड़े और गतिशील विकृतियों को सटीक रूप से मापते हैं - अंगों में विकृतियों का पता लगाने के लिए प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त करते हैं, साथ ही पहनने योग्य और नरम रोबोटिक्स में संभावित अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला भी बनाते हैं।

ओरिगामी-प्रेरित सेंसर, में वर्णित है विज्ञान अग्रिम, फोल्डेबल 3डी इलेक्ट्रोड की सुविधा है जो विरूपण के तहत अपना आकार बदल देते हैं। इन परिवर्तनों से धारिता में परिवर्तन होता है, जिससे पर्यवेक्षकों को स्थानीय विरूपण को सटीक रूप से मापने की अनुमति मिलती है। परिणामी सेंसर में एक बड़ी स्ट्रेन रेंज, अल्ट्रालो हिस्टैरिसीस और तेज़ प्रतिक्रियाएं होती हैं - एक ही डिवाइस में तीन सेंसिंग विशेषताओं का एक अनूठा संयोजन।

स्ट्रेचेबल सेंसर अपने मूल आकार से तीन गुना तक खिंच सकते हैं
ओरिगेमी से प्रेरित नए सेंसर बार-बार उपयोग के साथ भी उच्च संवेदन सटीकता के साथ अपने मूल आकार से तीन गुना तक बढ़ सकते हैं। (सौजन्य: झाओ रिसर्च ग्रुप, यूएससी विटर्बी स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग)

पेपर के संबंधित लेखक के अनुसार हैंगबो झाओयह परियोजना सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र में काम करने वाले सहकर्मियों के साथ बातचीत से प्रेरित थी, जिन्होंने "अपने नरम, अत्यधिक विकृत रोबोटों में विकृतियों को सटीक रूप से मापने के लिए सेंसर की आवश्यकता व्यक्त की"।

“हालांकि इस क्षेत्र में बहुत काम किया गया है, हमने एक महत्वपूर्ण अंतर की पहचान की है, जो कि स्ट्रेन सेंसर का विकास है जो बार-बार उपयोग के तहत उच्च सटीकता के साथ बड़ी विकृतियों को माप सकता है। हम कैपेसिटिव सेंसिंग के लिए 3डी छोटे पैमाने के इलेक्ट्रोड का उपयोग करके इस चुनौती को दूर करने के लिए एक नया सेंसर डिज़ाइन लेकर आए, ”वह कहते हैं।

झाओ ने नोट किया कि सेंसर में अन्य आकर्षक विशेषताएं हैं, जैसे छोटे आयाम और दिशात्मक तनाव प्रतिक्रियाएं, ये सभी तनाव सेंसिंग में अत्यधिक वांछनीय हैं। "वे छोटे और नरम भी होते हैं - और आप सेंसर को किसी लक्ष्य वस्तु पर आसानी से चिपका सकते हैं, उसी तरह जैसे किसी पट्टी को चिपकाने से, सेंसर स्थान पर विकृति को मापने के लिए," वह बताते हैं।

अंग कार्य

अपने शोध के एक भाग के रूप में, टीम ने नरम सातत्य भुजाओं की विकृतियों की निगरानी करने के लिए सेंसर का उपयोग किया - नरम रोबोटिक भुजाओं का प्रतिनिधित्व - उनमें से कई को अलग-अलग भुजाओं पर चिपकाकर और प्रतिक्रियाओं को मापकर। सेंसर प्रतिक्रियाओं का विश्लेषण करके, शोधकर्ता विरूपण के कई अलग-अलग तरीकों को अलग करने में सक्षम थे। क्योंकि सेंसर बड़ी और तेज़ विकृतियों को सटीक रूप से माप सकते हैं, टीम विशेष रूप से चिकित्सा और स्वास्थ्य देखभाल में संभावित अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला की परिकल्पना करती है।

“ये सेंसर संभावित रूप से स्वास्थ्य देखभाल की निगरानी के लिए पहनने योग्य या प्रत्यारोपण योग्य बायोमेडिकल उपकरणों के रूप में काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग संयुक्त गतिविधियों को ट्रैक करने या विभिन्न अंगों की गतिशील गतिविधियों का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है, ”झाओ कहते हैं।

एक अन्य महत्वपूर्ण संभावित अनुप्रयोग अंग कार्य की निगरानी है, उदाहरण के लिए अतिसक्रिय मूत्राशय सिंड्रोम का पता लगाना - एक ऐसी स्थिति जिसमें बार-बार और अचानक पेशाब करने की इच्छा होती है। झाओ का कहना है कि स्ट्रेन सेंसरों को प्रत्यारोपित करके चिकित्सक लगातार मूत्राशय के विस्तार और संकुचन पैटर्न की निगरानी कर सकते हैं, जिससे पूरे दिन उसके व्यवहार के बारे में विस्तृत जानकारी मिलती है।

"ये डेटा स्थिति की गंभीरता का निदान करने और व्यक्तिगत उपचार योजनाओं को विकसित करने में महत्वपूर्ण हो सकते हैं, जिससे वर्तमान आंतरायिक मूल्यांकन विधियों की तुलना में अतिसक्रिय मूत्राशय सिंड्रोम के प्रबंधन में काफी वृद्धि हो सकती है," वे बताते हैं। "इस तरह का विस्तृत, वास्तविक समय डेटा संभावित रूप से इस तरह की स्थितियों के प्रबंधन के दृष्टिकोण में क्रांतिकारी बदलाव ला सकता है।"

प्रत्यारोपण योग्य उपकरण

अंततः, झाओ कहते हैं, सेंसर को जैव अनुकूलता और हर्मेटिकिटी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संशोधित किया जा सकता है, और अंगों से जुड़े प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के रूप में उपयोग किया जा सकता है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए उनका उपयोग करने का एक संभावित लाभ यह तथ्य है कि वे नरम और लचीले होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे न्यूनतम असुविधा के साथ बड़े अंग विकृतियों को सटीक रूप से माप सकते हैं।

सेंसर अंगों की कार्यात्मक स्थिति के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए लगातार विकृतियों को माप सकते हैं - जबकि मौजूदा दृष्टिकोण ज्यादातर इमेजिंग तकनीकों जैसे अल्ट्रासाउंड पर निर्भर करते हैं, उदाहरण के लिए, जो केवल अस्पताल सेटिंग्स में उपलब्ध है।

“प्रत्यारोपण योग्य सेंसर अभी भी ज्यादातर अनुसंधान चरण में हैं, विशेष रूप से अंग विकृति को मापने के लिए सेंसर। हमारे वर्तमान सेंसर अभी तक अंगों में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं, लेकिन कुछ संशोधनों के बाद यह संभव है, ”झाओ कहते हैं।

टीम अब विभिन्न वातावरणों में व्यावहारिक उपयोग के लिए उपकरणों को अधिक विश्वसनीय बनाने के लिए सेंसर प्रदर्शन को अनुकूलित कर रही है। इसमें, उदाहरण के लिए, उन्हें संपर्क बलों या विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के विरुद्ध यांत्रिक रूप से अधिक मजबूत बनाना शामिल है। झाओ कहते हैं, "हम यह भी देख रहे हैं कि प्रत्यारोपण योग्य अनुप्रयोगों के लिए सेंसर को कैसे संशोधित किया जाए ताकि सेंसर शारीरिक तरल पदार्थ के वातावरण में विश्वसनीय रूप से कार्य कर सकें।"

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