折り紙からインスピレーションを得たひずみセンサーは病気の診断を強化する可能性 – Physics World

南カリフォルニア大学の研究者チーム (USC) は、大きく動的な変形を正確に測定する伸縮性ひずみセンサーを開発し、臓器の変形を検出する埋め込み型デバイスだけでなく、ウェアラブルやソフト ロボット工学における幅広い応用の可能性への道を切り開きました。

折り紙からインスピレーションを得たセンサーについては、「 科学の進歩、変形すると形状が変化する折りたたみ可能な 3D 電極が特徴です。 これらの変化により静電容量が変化し、観察者が局所的な変形を正確に測定できるようになります。 結果として得られるセンサーは、広いひずみ範囲、超低ヒステリシス、および高速応答を備えており、単一デバイス内に XNUMX つのセンシング特性がユニークに組み合わされています。

論文の責任著者によると ハンボ・チャオこのプロジェクトは、ソフト ロボット工学の分野で働く同僚との会話によって動機付けられました。同僚は、「柔らかく、非常に変形しやすいロボットの変形を正確に測定するためのセンサーの必要性を表明しました」。

「この分野では多くの研究が行われてきましたが、重要なギャップがあることを特定しました。それは、繰り返し使用した際に大きな変形を高精度で測定できるひずみセンサーの開発です。 私たちは、静電容量センシングに 3D 小規模電極を使用してこの課題を克服する新しいセンサー設計を考案しました。」と彼は言います。

Zhao 氏は、このセンサーには、小さな寸法や指向性ひずみ応答など、ひずみセンシングにおいて非常に望ましい他の魅力的な特徴があると指摘しています。 「また、小さくて柔らかいので、包帯を貼り付けるのと同じように、センサーを対象物に簡単に貼り付けて、センサーの位置の変形を測定できます」と彼は説明します。

臓器機能

研究の一環として、チームはセンサーを使用して、複数のセンサーを個々のアームに貼り付けて応答を測定することにより、柔らかいロボットアームを表す柔らかい連続アームの変形を監視しました。 センサーの応答を分析することで、研究者らはいくつかの異なる変形モードを区別することができました。 このセンサーは大きくて速い変形を正確に測定できるため、チームは特に医療やヘルスケアにおける幅広い応用の可能性を想定しています。

「これらのセンサーは、ヘルスケア監視のためのウェアラブルまたは埋め込み可能な生物医学機器として機能する可能性があります。 たとえば、関節の動きを追跡したり、さまざまな臓器の動的な活動を観察したりするために使用できます」とZhao氏は言います。

もう XNUMX つの重要な潜在的な用途は、臓器機能のモニタリングです。たとえば、頻繁かつ突然の尿意を特徴とする過活動膀胱症候群の検出です。 ひずみセンサーを埋め込むことで、臨床医は膀胱の拡張と収縮のパターンを継続的に監視できるようになり、一日を通じた膀胱の挙動について詳細な洞察が得られるとZhao氏は述べている。

「これらのデータは、症状の重症度を診断し、個別の治療計画を立てる上で非常に重要であるため、現在の断続的な評価方法と比較して、過活動膀胱症候群の管理が大幅に強化されます」と彼は説明します。 「このような詳細なリアルタイムデータは、このような状況を管理するアプローチに革命をもたらす可能性があります。」

埋め込み型デバイス

最終的には、生体適合性と気密性の要件を満たすようにセンサーを改造し、臓器に取り付けられる埋め込み型デバイスとして使用できる可能性があると、Zhao 氏は述べています。 このような用途にそれらを使用する潜在的な利点の XNUMX つは、それらが柔らかく伸縮性があるという事実であり、これは不快感を最小限に抑えながら大きな臓器の変形を正確に測定できることを意味します。

また、センサーは変形を継続的に測定して臓器の機能状態に関する情報を提供することもできます。一方、既存のアプローチは主に、たとえば病院環境でのみ利用可能な超音波などの画像技術に依存しています。

高感度と広い検知範囲を兼ね備えたウェアラブル エレクトロニクス向けひずみセンサ

「埋め込み型センサー、特に臓器の変形を測定するセンサーは、ほとんどがまだ研究段階にあります。 私たちの現在のセンサーは臓器での使用にはまだ適していませんが、いくつかの修正を加えれば可能になります」と Zhao 氏は言います。

チームは現在、センサーのパフォーマンスを最適化し、さまざまな環境での実用的な使用に向けてデバイスの信頼性を高めています。 これには、たとえば、接触力や電磁干渉に対して機械的に堅牢にすることが含まれます。 「私たちはまた、センサーが体液環境で確実に機能できるように、埋め込み型アプリケーション向けにセンサーを修正する方法も検討しています」とZhao氏は付け加えた。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/origami-inspired-strain-sensors-could-enhance-disease-diagnostics/