Датчики деформации, вдохновленные оригами, могут улучшить диагностику заболеваний

Группа исследователей из Университета Южной Калифорнии (г.ОСК) создала растягивающиеся датчики деформации, которые точно измеряют большие и динамические деформации, что открывает путь к имплантируемым устройствам для обнаружения деформаций в органах, а также к ряду потенциальных применений в носимых устройствах и мягкой робототехнике.

Датчики, вдохновленные оригами, описанные в Наука развивается, оснащены складными 3D-электродами, которые меняют свою форму при деформации. Эти изменения приводят к изменениям емкости, что позволяет наблюдателям точно измерять локальную деформацию. Полученные в результате датчики обладают большим диапазоном деформации, сверхнизким гистерезисом и быстрым откликом – уникальное сочетание трех чувствительных характеристик в одном устройстве.

По словам автора-корреспондента газеты Ханбо ЧжаоПроект был мотивирован беседами с коллегами, работающими в области мягкой робототехники, которые «выразили потребность в датчиках для точного измерения деформаций в их мягких, сильно деформируемых роботах».

«Хотя в этой области проделана большая работа, мы выявили важный пробел, который заключается в разработке тензодатчиков, способных измерять большие деформации с высокой точностью при многократном использовании. Чтобы решить эту проблему, мы разработали новую конструкцию датчика, используя небольшие трехмерные электроды для емкостного зондирования», — говорит он.

Чжао отмечает, что у датчиков есть и другие привлекательные особенности, такие как небольшие размеры и направленная реакция на деформацию, что весьма желательно при измерении деформации. «Они также маленькие и мягкие, и вы можете легко приклеить датчик к целевому объекту, подобно наклеиванию повязки, чтобы измерить деформацию в месте расположения датчика», — объясняет он.

Функция органа

В рамках своего исследования команда использовала датчики для мониторинга деформаций мягких континуальных рук – изображений мягких роботизированных рук – путем прикрепления нескольких из них к отдельным рукам и измерения реакции. Анализируя реакцию датчиков, исследователи смогли различить несколько различных режимов деформации. Поскольку датчики могут точно измерять большие и быстрые деформации, команда предполагает широкий спектр потенциальных применений, особенно в медицине и здравоохранении.

«Эти датчики потенциально могут служить в качестве носимых или имплантируемых биомедицинских устройств для мониторинга здравоохранения. Например, их можно использовать для отслеживания движений суставов или наблюдения за динамической деятельностью различных органов», — говорит Чжао.

Еще одним важным потенциальным применением является мониторинг функции органов, например, выявление синдрома гиперактивного мочевого пузыря – состояния, характеризующегося частыми и внезапными позывами к мочеиспусканию. По словам Чжао, имплантировав датчики деформации, врачи смогут постоянно отслеживать характер расширения и сокращения мочевого пузыря, предоставляя подробную информацию о его поведении в течение дня.

«Эти данные могут иметь решающее значение для диагностики тяжести состояния и разработки индивидуальных планов лечения, тем самым значительно улучшая лечение синдрома гиперактивного мочевого пузыря по сравнению с текущими методами прерывистой оценки», — объясняет он. «Такие подробные данные в режиме реального времени потенциально могут революционизировать подход к управлению такими условиями».

Имплантируемые устройства

В конечном итоге, говорит Чжао, датчики можно будет модифицировать в соответствии с требованиями биосовместимости и герметичности и использовать в качестве имплантируемых устройств, прикрепляемых к органам. Одним из потенциальных преимуществ их использования для таких применений является тот факт, что они мягкие и эластичные, а это означает, что они могут точно измерять большие деформации органов с минимальным дискомфортом.

Датчики также могут непрерывно измерять деформации, чтобы предоставлять информацию о функциональном состоянии органов, тогда как существующие подходы в основном полагаются на такие методы визуализации, как, например, ультразвук, который доступен только в больничных условиях.

Датчик деформации для носимой электроники сочетает в себе высокую чувствительность с большим диапазоном чувствительности

«Имплантируемые датчики все еще находятся в стадии исследования, особенно датчики для измерения деформации органов. Наши нынешние датчики пока не подходят для использования в органах, но это возможно после некоторых модификаций», — говорит Чжао.

Сейчас команда оптимизирует работу датчиков, чтобы сделать устройства более надежными для практического использования в различных средах. Это включает, например, повышение их механической устойчивости к контактным силам или электромагнитным помехам. «Мы также изучаем, как модифицировать датчики для имплантируемых приложений, чтобы они могли надежно работать в среде телесных жидкостей», — добавляет Чжао.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/origami-inspired-strain-sensors-could-enhance-disease-diagnostics/