Sensores de tensão inspirados em origami podem melhorar o diagnóstico de doenças – Physics World

Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Sul da Califórnia (USC) criou sensores de deformação extensíveis que medem com precisão deformações grandes e dinâmicas – abrindo caminho para dispositivos implantáveis ​​para detectar deformações em órgãos, bem como uma gama de aplicações potenciais em wearables e robótica suave.

Os sensores inspirados no origami, descritos em Os avanços da ciência, apresentam eletrodos 3D dobráveis ​​que alteram suas formas sob deformação. Essas mudanças levam a mudanças na capacitância, permitindo aos observadores medir com precisão a deformação local. Os sensores resultantes possuem uma ampla faixa de deformação, histerese ultrabaixa e respostas rápidas – uma combinação única de três características de detecção em um único dispositivo.

De acordo com o autor correspondente do artigo Hangbo Zhao, o projeto foi motivado por conversas com colegas que trabalham na área de robótica suave, que “expressaram a necessidade de sensores para medir com precisão as deformações nos seus robôs macios e altamente deformáveis”.

“Embora tenha havido muito trabalho nessa área, identificamos uma lacuna importante, que é o desenvolvimento de sensores de deformação que possam medir grandes deformações com alta precisão sob uso repetido. Criamos um novo design de sensor para superar esse desafio usando eletrodos 3D de pequena escala para detecção capacitiva”, diz ele.

Zhao observa que os sensores têm outras características atraentes, como dimensões pequenas e respostas de deformação direcionais, todas altamente desejáveis ​​na detecção de deformação. “Eles também são pequenos e macios – e você pode colar facilmente um sensor em um objeto alvo, de forma semelhante a colar um curativo, para medir a deformação no local do sensor”, explica ele.

função de órgão

Como parte de sua pesquisa, a equipe usou os sensores para monitorar as deformações de braços macios contínuos – representações de braços robóticos macios – aderindo vários deles em braços individuais e medindo as respostas. Ao analisar as respostas dos sensores, os pesquisadores conseguiram distinguir vários modos diferentes de deformação. Como os sensores podem medir com precisão deformações grandes e rápidas, a equipe prevê uma ampla gama de aplicações potenciais, especialmente na medicina e na saúde.

“Esses sensores podem servir potencialmente como dispositivos biomédicos vestíveis ou implantáveis ​​para monitoramento de saúde. Por exemplo, eles podem ser usados ​​para rastrear movimentos articulares ou observar as atividades dinâmicas de diferentes órgãos”, diz Zhao.

Outra aplicação potencial significativa é a monitorização da função de órgãos, por exemplo, a detecção da síndrome da bexiga hiperactiva – uma condição caracterizada por uma vontade frequente e súbita de urinar. Ao implantar os sensores de tensão, Zhao diz que os médicos poderiam monitorizar continuamente os padrões de expansão e contracção da bexiga, oferecendo informações detalhadas sobre o seu comportamento ao longo do dia.

“Esses dados podem ser críticos no diagnóstico da gravidade da doença e no desenvolvimento de planos de tratamento personalizados, melhorando significativamente o tratamento da síndrome da bexiga hiperativa em comparação com os atuais métodos de avaliação intermitente”, explica ele. “Tais dados detalhados e em tempo real poderiam potencialmente revolucionar a abordagem à gestão de condições como estas.”

Dispositivos implantáveis

Em última análise, diz Zhao, os sensores poderiam ser modificados para atender aos requisitos de biocompatibilidade e hermeticidade, e usados ​​como dispositivos implantáveis ​​ligados a órgãos. Uma vantagem potencial de usá-los para tais aplicações é o fato de serem macios e elásticos, o que significa que podem medir com precisão grandes deformações de órgãos com desconforto mínimo.

Os sensores também podem medir deformações continuamente para fornecer informações sobre os estados funcionais dos órgãos – enquanto as abordagens existentes dependem principalmente de técnicas de imagem como o ultrassom, por exemplo, que só está disponível em ambientes hospitalares.

O sensor de tensão para eletrônicos vestíveis combina alta sensibilidade com ampla faixa de detecção

“Os sensores implantáveis ​​ainda estão em sua maioria em fase de pesquisa, principalmente sensores para medição de deformação de órgãos. Nossos sensores atuais ainda não são adequados para uso em órgãos, mas isso é possível após algumas modificações”, diz Zhao.

A equipe agora está otimizando o desempenho do sensor para tornar os dispositivos mais confiáveis ​​para uso prático em diversos ambientes. Isto inclui, por exemplo, torná-los mais robustos mecanicamente contra forças de contato ou interferência eletromagnética. “Também estamos estudando como modificar os sensores para aplicações implantáveis, para que possam funcionar de maneira confiável no ambiente de fluidos corporais”, acrescenta Zhao.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• PlatoData.Network Gerativa Vertical Ai. Capacite-se. Acesse aqui.
• PlatoAiStream. Inteligência Web3. Conhecimento Amplificado. Acesse aqui.
• PlatãoESG. Carbono Tecnologia Limpa, Energia, Ambiente, Solar, Gestão de resíduos. Acesse aqui.
• PlatoHealth. Inteligência em Biotecnologia e Ensaios Clínicos. Acesse aqui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/origami-inspired-strain-sensors-could-enhance-disease-diagnostics/