Giyilebilir elektronikler için gerinim sensörü, yüksek hassasiyeti geniş algılama aralığıyla birleştirir

Yumuşak ve gerilebilir gerinim sensörleri, hareket izleme cihazları ve fizyolojik izleme sistemleri gibi giyilebilir elektroniklerde kullanım için çok değerlidir. Ancak şu anda, hassasiyet ve algılama aralığı arasındaki değiş tokuş büyük bir zorluktur. Küçük deformasyonları tespit edebilen gerinim sensörleri çok uzağa uzatılamazken, daha büyük uzunluklara uzatılabilenler tipik olarak çok hassas değildir.

İnsan fizyolojisini ve hareketini izlerken, cilt gerilimi %1'in altından %50'nin üzerine kadar değişir. Bu nedenle, ince gerilimleri (kan nabzı ve solunumla ilişkili olanlar gibi) ve büyük gerilimleri (vücut bölümlerinin bükülmesi gibi) tespit etmek için tipik olarak ayrı sensörler kullanılır. Ancak bazı hastalıkların izlenmesi için tek bir cihazın kullanılması tercih edilebilir. Örneğin Parkinson hastalığında sensörler, eklem hareketlerini ölçmek için yeterince geniş bir aralığı korurken küçük titremeleri izleyecek kadar hassas olmalıdır.

Gerçekten ihtiyaç duyulan şey, vücudun farklı bölgelerine takılabilen ve insan derisi üzerindeki tüm gerilmeleri doğru bir şekilde ölçebilen tek bir sensör. Bu hedefi göz önünde bulunduran bir ekip, North Carolina Eyalet Üniversitesi yüksek hassasiyet, geniş algılama aralığı ve yüksek sağlamlık sunan yumuşak gerilebilir dirençli gerinim sensörü geliştirmiştir.

İlgili yazar, "Geliştirdiğimiz yeni sensör hem hassastır hem de önemli deformasyonlara dayanabilir" diye açıklıyor. Yong Zhu bir basın açıklamasında. "Ek bir özellik, sensörün aşırı gerildiğinde bile son derece sağlam olması, yani uygulanan gerilim yanlışlıkla algılama aralığını aştığında kırılma olasılığının düşük olması."

bölümünde açıklanan sensör ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler, elektrik direncindeki değişiklikleri ölçerek gerilimi ölçer. Cihaz, elastik polimer poli(dimetilsiloksan) içine gömülmüş gümüş bir nanotel ağından yapılmıştır ve üst yüzeyinde her iki taraftan değişen bir dizi mekanik kesik vardır.

Sensör gerilince kesikler açılır. Bu, elektrik sinyalini kapalı çatlaklar boyunca tek biçimli bir akım akışından açık çatlaklar tarafından tanımlanan zikzak iletim yolu boyunca ilerlemeye geçmeye zorlar. Böylece uygulanan gerilme altında direnç artar. Kesiklerin açılması ayrıca cihazın kırılma noktasına ulaşmadan önemli deformasyona dayanmasını sağlar. Birinci yazar, "Bu özellik - desenli kesimler - hassasiyetten ödün vermeden daha geniş bir deformasyon aralığı sağlayan şeydir" diyor. Şuang Wu.

Ekip, yarık derinliği, uzunluğu ve eğiminin sensör performansı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için deneyler ve sonlu eleman analizi gerçekleştirdi. Optimize edilmiş cihaz, %290.1'nin üzerinde bir algılama aralığı ile 22'lik büyük bir gösterge faktörü (elektrik direncindeki göreli değişikliğin mekanik gerilime oranı) sergiledi. Ayrıca aşırı zorlanmaya ve 1000 tekrarlanan yükleme döngüsüne karşı sağlamdı.

Bina cihazları

Zhu, Wu ve meslektaşları yeni gerinim sensörlerinin bazı potansiyel uygulamalarını göstermek için bunu çok farklı hareket seviyelerini ölçen giyilebilir sağlık izleme sistemlerine entegre ettiler.

İlk olarak, son derece yüksek hassasiyet gerektiren kan basıncını izlemek için sensörü kullandılar. Sensörü sabitlemek için lastik bir bant kullanarak, insan derisindeki en küçük gerilim sinyallerinden biri olan nabız dalgasını tespit etmek için sensörü bir gönüllünün bileğine yerleştirdiler.

Kan damardan pompalandığında, merkez gerilirken sensör uçları bant tarafından yerinde sabit kalır ve üst yüzeyindeki çatlakları açar.

Araştırmacılar, bu kurulumun bilekteki radyal arterden gelen nabız dalgasını yakalayabildiğini gösterdi. Kolun yukarısındaki brakiyal artere başka bir gerinim sensörü yerleştirerek ve aynı anda ikinci bir nabız dalgasını kaydederek, ortalama nabız dalgası hızını ölçerek kan basıncının hesaplanmasını sağladılar.

Bir sonraki örnekte sensör, fizik tedavi için faydalı olan hareket sırasında sırtın alt kısmındaki büyük gerilmeleri izlemek için kullanıldı. Burada, araştırmacılar sensörü gerilebilir bir atletik bantla entegre ettiler ve iki sensörü paralel olarak bir gönüllünün sırtının alt kısmına omurga boyunca bağladılar. Ayrıca algılama sinyallerini toplamak ve iletmek için arkaya bir Bluetooth kartı taktılar.

Düz bir oturma pozisyonundan başlayarak, sensör bel gerilmelerini izlerken denek bir dizi hareket gerçekleştirdi. Öne eğilirken, her iki sensör de direnç artışlarıyla yanıt verdi. Öne eğilirken ve yanlara doğru eğilirken, ilgili taraftaki sensörün direnci neredeyse sabit kalırken, karşı taraftaki sensör önemli ölçüde artan direnç gösterdi.

Gerilebilir organik fotodiyot, giyilebilir cihazların performansını artırabilir

Son olarak, sensörün insan-makine arayüzlerinde kullanımını göstermek için araştırmacılar, hem normal hem de kayma gerilimlerini izleyen ve bir video oyununu kontrol etmek için kullanılabilen yumuşak bir 3D dokunmatik sensör yarattılar. Ayrıca bir eldivenin parmak ucuna, daha sonra bir bardak suyu kavramak için kullanılan ve robotik uygulamalar için dokunsal algılama potansiyelini gösteren bir gerinim sensörü entegre ettiler.

Ekip şimdi gerinim sensörünün biyomedikal ve spor uygulamalarına yönelik uygulamalarını araştırıyor. Zhu, "Biyomedikal uygulamalar, felçli hastaların rehabilitasyonu sırasında hareket modellerinin izlenmesini içerir" diyor. Fizik dünyası. "Ayrıca sensörlerin ölçeklenebilir üretimi üzerinde çalışıyoruz."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/strain-sensor-for-wearable-electronics-combines-high-sensitivity-with-large-sensing-range/