חיישני מתח בהשראת אוריגמי יכולים לשפר את אבחון המחלות - עולם הפיזיקה

צוות חוקרים מאוניברסיטת דרום קליפורניה (USC) יצרה חיישני מאמץ ניתנים למתיחה המודדים במדויק עיוותים גדולים ודינמיים - וסוללים את הדרך להתקנים מושתלים לזיהוי עיוותים באיברים, כמו גם מגוון יישומים פוטנציאליים בציוד לביש ורובוטיקה רכה.

החיישנים בהשראת האוריגמי, המתוארים ב התקדמות מדע, כוללות אלקטרודות תלת מימד מתקפלות שמשנות את צורותיהן תחת דפורמציה. שינויים אלה מובילים לשינויים בקיבול, המאפשרים לצופים למדוד במדויק עיוות מקומי. החיישנים המתקבלים הם בעלי טווח מתח גדול, היסטרזיס נמוך במיוחד ותגובות מהירות - שילוב ייחודי של שלושה מאפייני חישה במכשיר אחד.

לדברי המחבר המקביל של העיתון האנגבו ג'או, הפרויקט הונע על ידי שיחות עם עמיתים העוסקים בתחום הרובוטיקה הרכה, אשר "הביעו את הצורך בחיישנים למדידה מדויקת של העיוותים ברובוטים הרכים והניתנים לעיוות גבוה שלהם".

"למרות שנעשתה עבודה רבה בתחום זה, זיהינו פער חשוב, שהוא פיתוח חיישני מתח שיכולים למדוד עיוותים גדולים בדיוק רב בשימוש חוזר. המצאנו עיצוב חיישן חדש כדי להתגבר על האתגר הזה באמצעות אלקטרודות בקנה מידה קטן בתלת מימד לחישה קיבולית", הוא אומר.

Zhao מציין שלחיישנים יש מאפיינים אטרקטיביים נוספים, כמו ממדים קטנים ותגובות מתח כיווניות, כולם רצויים מאוד בחיישת מתח. "הם גם קטנים ורכים - וניתן להדביק חיישן לחפץ מטרה בקלות, בדומה להדבקת תחבושת, כדי למדוד את העיוות במיקום החיישן", הוא מסביר.

תפקוד איברים

כחלק מהמחקר שלהם, הצוות השתמש בחיישנים כדי לנטר את העיוותים של זרועות רצף רכות - ייצוגים של זרועות רובוטיות רכות - על ידי הדבקה של כמה מהן על זרועות בודדות ומדידת תגובות. על ידי ניתוח תגובות חיישנים, החוקרים הצליחו להבחין בכמה אופנים שונים של דפורמציה. מכיוון שהחיישנים יכולים למדוד במדויק עיוותים גדולים ומהירים, הצוות צופה מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים, במיוחד ברפואה ובבריאות.

"חיישנים אלה יכולים לשמש כמכשירים ביו-רפואיים לבישים או מושתלים לניטור בריאות. למשל, ניתן להשתמש בהם כדי לעקוב אחר תנועות מפרקים או לצפות בפעילויות הדינמיות של איברים שונים", אומר ז'או.

יישום פוטנציאלי משמעותי נוסף הוא מעקב אחר תפקוד האיברים, למשל זיהוי תסמונת יתר פעילות שלפוחית ​​השתן - מצב המאופיין בדחף תכוף ופתאומי להטלת שתן. על ידי השתלת חיישני המתח, Zhao אומר שרופאים יכלו לעקוב באופן רציף אחר דפוסי ההתרחבות וההתכווצות של שלפוחית ​​השתן, ולהציע תובנות מפורטות לגבי התנהגותה לאורך היום.

"נתונים אלו יכולים להיות קריטיים באבחון חומרת המצב ובפיתוח תוכניות טיפול מותאמות אישית, ובכך לשפר את הניהול של תסמונת יתר פעילות שלפוחית ​​השתן באופן משמעותי בהשוואה לשיטות ההערכה הנוכחיות לסירוגין", הוא מסביר. "נתונים מפורטים כל כך בזמן אמת עשויים לחולל מהפכה בגישה לניהול תנאים כמו אלה."

מכשירים מושתלים

בסופו של דבר, אומר ז'או, ניתן לשנות את החיישנים כדי לעמוד בדרישות התאימות הביולוגית וההרמטיות, ולהשתמש בהם כהתקנים מושתלים המחוברים לאיברים. יתרון פוטנציאלי אחד של השימוש בהם עבור יישומים כאלה הוא העובדה שהם רכים ונמתחים, כלומר הם יכולים למדוד עיוותים גדולים של איברים במדויק עם אי נוחות מינימלית.

החיישנים יכולים גם למדוד עיוותים באופן רציף כדי לספק מידע על המצבים התפקודיים של האיברים - בעוד שגישות קיימות מסתמכות בעיקר על טכניקות הדמיה כמו אולטרסאונד, למשל, שזמינה רק במסגרות בית חולים.

חיישן מתח לאלקטרוניקה לבישה משלב רגישות גבוהה עם טווח חישה גדול

"חיישנים מושתלים עדיין נמצאים בעיקר בשלב המחקר, במיוחד חיישנים למדידת עיוות איברים. החיישנים הנוכחיים שלנו עדיין לא מתאימים לשימוש באיברים, אבל זה אפשרי לאחר כמה שינויים", אומר ז'או.

הצוות מייעל כעת את ביצועי החיישנים כדי להפוך את המכשירים לאמינים יותר לשימוש מעשי בסביבות מגוונות. זה כולל, למשל, הפיכתם לחסונים יותר מבחינה מכנית נגד כוחות מגע או הפרעות אלקטרומגנטיות. "אנחנו גם בוחנים כיצד לשנות את החיישנים עבור יישומים ניתנים להשתלה, כך שהחיישנים יוכלו לתפקד באופן אמין בסביבת נוזלי הגוף", מוסיף ג'או.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/origami-inspired-strain-sensors-could-enhance-disease-diagnostics/