Inženýři vytvářejí drobná vlákna, která snímají, jak se pohybujete v reálném čase

Elektronový mikroskop pro vlákna potažená uhlíkovým inkoustem. Rovný závit vlevo. Ohnutím potažených vodičů se vytvoří napětí (zprava), které mění jejich elektrickou vodivost. Veličina, kterou lze použít k výpočtu stupně deformace (stupnice měřítka 200 mikronů). Uznání: Yiven Yang Yang, Tufts University

Inženýři vyvinuli strunové senzory, které lze připevnit na kůži a měřit tak pohyb v reálném čase s možnými důsledky pro zdraví a práci.

Inženýři z Tufts University vyvinuli a předvedli flexibilní senzory založené na vláknech, které mohou měřit pohyb krku poskytováním údajů o směru hlavy, úhlu otáčení a stupni posunutí. Vynález zvyšuje potenciál pro štíhlé, nenápadné skvrny podobné tetování, které podle týmu Tufts mohou měřit sportovní výkon, řídit únavu zaměstnanců nebo řidičů, pomáhat s fyzikální terapií, zlepšovat hry a systémy ve virtuální realitě a zlepšovat počítačové zobrazování. v kinematografii. Technologie popsaná dnes (29. ledna 2021) Vědecké zprávy, zvyšuje počet senzorů založených na vláknech vyvinutých inženýry Tufts, které mohou být vpleteny do textilií měřením plynů a chemikálií v metabolitech v prostředí nebo v potu.

Během experimentů vědci umístili dvě vlákna ve tvaru X na zadní část krku subjektu. Senzory založené na inkoustu na bázi uhlíku detekují pohyby při ohybu vodičů a vytvářejí napětí, které mění způsob přenosu elektřiny. Když subjekt provedl řadu pohybů hlavy, dráty vysílaly signály do malého modulu Bluetooth, který poté bezdrátově přenášel data do počítače nebo smartphonu k analýze.

Analýza dat zahrnovala sofistikované přístupy strojového učení k interpretaci signálů a jejich překladu pro kvantitativní vyhodnocení v reálném čase – 93% přesnost:Tímto způsobem sledují procesory senzorů movement pohyb bez kabelů, velkých zařízení nebo omezujících podmínek, jako je použití kamer nebo skladování v místnosti nebo laboratoři.

Ačkoli je třeba specializovat algoritmy pro každou oblast těla, důkazy o principu ukazují, že podle vědců lze použít strunové senzory k měření pohybu jiných končetin. Pro sledování pohybu v oblastech, kde jsou měření nejdůležitější, jako jsou pole, pracoviště nebo učebna, lze použít nášivky nebo dokonce sněhové vločky. Skutečnost, že nepotřebujete kameru, poskytuje další soukromí.

„Toto je slibná ukázka toho, jak můžeme vyrábět senzory, které neinvazivně monitorují naše zdraví, naši práci a naše životní prostředí,“ řekl Jiven Yang Yang, bakalářský student na Tufts University School of Engineering a hlavní autor studie . „Je třeba více pracovat na zlepšení dosahu a přesnosti senzorů, což by v tomto případě mohlo znamenat vývoj dat z většího množství pravidelně umístěných nebo vzorovaných vláken, které zlepšují artikulaci pohybu kloubů.“

Mezi další typy konstrukcí pohybových senzorů patří 3 klíčové gyroskopy, akcelerometry a magnetometry pro detekci pohybu objektu ve vztahu k jeho okolí. Tyto senzory jsou založeny na setrvačných měřeních. Kvantitativní posouzení toho, jak tělo zrychluje, otáčí se nebo se pohybuje nahoru, bývá větší a nepříjemnější. Například u jiných systémů by měl být jeden senzor umístěn na čele a druhý na krku nad obratli, aby bylo možné měřit pohyb hlavy. Nenápadná instalace zařízení může bránit volnému pohybu předmětů nebo pohodlí jednoduše neví, jak měřit.

V situacích, jako je sportovní hřiště, může hru změnit nové smyslové paradigma založené na tématech. Umístěním tetovacích skvrn na různé klouby mohl sportovec mít pohybové senzory k detekci jejich fyzického pohybu, zatímco potní senzory založené na vláknech popsané dříve v týmu Tufts mohly sledovat jejich elektrolyty, laktát a další potní biologické příznaky.

Na silnici může čidlo závitu upozornit řidiče kamionu na únavu nebo jiné situace, kdy je bdělost operátora příliš silná na to, aby kontrolovala pohyby někoho, kdo se chystá pohnout hlavou.

„Pokud dokážeme tuto technologii posunout dále, mohla by existovat širší škála aplikací ve zdravotnictví,“ řekl Yang Yang. „Například vědci zabývající se Parkinsonovou chorobou a jinými neuromuskulárními chorobami mohou sledovat pohyb předmětů v jejich normálním prostředí, v každodenním životě, sbírat údaje o jejich stavu a účinnosti léčby.“

„Účelem vytváření senzorů na bázi vláken je„ učinit je “vztaženými k osobě, která je nosí,“ uvedl Summer Sonkusale, profesor elektrotechniky a výpočetní techniky na Tufts School of Science, ředitel studie Tufts Nanolab. „Vytvoření vlákna pro měření pohybu je pozoruhodným úspěchem, který je ještě pozoruhodnější tím, že Yiven vyvinul tento vynález jako bakalář. Těšíme se na zdokonalení technologie a prozkoumání jejích mnoha možností. “

Odkaz. 29. ledna 2021 Vědecké zprávy,
DOI: 10.1038 / s41598-021-81284-7:

Financování. National Science Foundation, US Army Combat Capability Development Command Center

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.