Сенсорная перчатка чувствует давление

Новые датчики от Массачусетского технологического института обнаруживают небольшие и быстрые изменения давления кончиком пальца. При размещении на шелковой перчатке элементы в виде заклепок помогают создать ценную картину для врачей.

Изобретатели точно настроенных датчиков, которые улавливают слабые вибрации на коже, предоставляют специальные карты давления, которые когда-нибудь смогут помочь пациентам в различных видах помощи, от простого мониторинга пульса до сложного восстановления двигательных функций.

Команда из Кембриджа, штат Массачусетс, предполагает интегрировать датчики давления не только в тактильные перчатки, но и в гибкие клеи для отслеживания сердцебиения, артериального давления и других показателей жизнедеятельности.

«Простота и надежность нашей сенсорной структуры открывает большие перспективы для различных медицинских приложений, таких как обнаружение пульса и восстановление сенсорных способностей у пациентов с тактильной дисфункцией», — сказал Николас Фанг , профессор машиностроения Массачусетского технологического института, в недавнем выпуске новостей.

Как составить карту давления

Исследователи Массачусетского технологического института разместили внутри перчатки маленькие детекторы размером с ядро, предназначенные для картирования тонких изменений давления. Перчатка генерировала определенные схемы давления или карты в зависимости от удерживаемого объекта.

Например, перчатка-датчик регистрировала разницу давлений между захваченным баллоном и стаканом. Удерживание воздушного шара создавало относительно равномерный сигнал давления на всю ладонь, а сжатие стакана создавало более сильное давление на кончики пальцев.

Команда планирует использовать перчатку для определения моделей давления для других задач, таких как письмо ручкой и обращение с другими предметами домашнего обихода. По словам профессора Фанга, когда-нибудь тактильные приспособления помогут пациентам с двигательной дисфункцией откалибровать и укрепить ловкость рук и хват.

«Некоторые навыки мелкой моторики требуют не только знания того, как обращаться с предметами, но и того, какую силу нужно прикладывать», — сказал профессор Фанг. «Эта перчатка может обеспечить более точные измерения силы захвата в контрольной группе по сравнению с пациентами, выздоравливающими после инсульта или других неврологических заболеваний».

Фанг и его коллеги подробно описали свои результаты в исследовании, проведенном Nature Communications. . Соавторами исследования являются Хуйфэн Ду и Лю Ван из Массачусетского технологического института, а также группа профессора Чуанфей Го из Южного университета науки и технологий (SUSTech) в Китае.

Чувствовать мелочи

Тактильные датчики заменяют обычный диэлектрический слой на удивительный натуральный ингредиент:человеческий пот. Пот содержит ионы натрия и хлора, которые накапливаются и способны изменять емкость между двумя тонкими плоскими электродами, размещенными на коже.

Команда Массачусетского технологического института увеличила чувствительность сенсорного электрода, добавив пучок крошечных гибких проводящих волосков. Тонкие сенсорные электроды размером с ядро ​​на самом деле выстланы тысячами этих золотых микроскопических нитей, или «микростолбиков».

В своем исследовании Фэнг и изобретатели продемонстрировали, что датчики могут точно измерять степень изгиба групп микростолбиков в ответ на различные силы и давления.

Когда давление прикладывается, скажем, к углу электрода, волосы в этой конкретной области изгибаются в ответ и накапливают ионы с кожи; степень и расположение ионов могут быть точно измерены и нанесены на карту.

Датчики смогли уловить тонкие фазы пульса человека, например разные пики в одном и том же цикле.

«Пульс — это механическая вибрация, которая также может вызвать деформацию кожи, которую мы не можем почувствовать, но столбы могут уловить», — сказал Фанг.

В коротких вопросах и ответах с Tech Briefs ниже Фэнг рассказывает больше о возможностях карты давления, помимо пульса.

Технические обзоры :Какое самое интересное применение или область применения вы представляете для этой технологии? Как вы думаете, почему эта перчатка так важна?

Проф. Николас Фанг :Мы полагаем, что интеграция высококачественной тактильной обратной связи в ткани и ткани откроет новые области применения медицинских и медицинских устройств, например, для восстановления сенсорных способностей у пациентов с тактильной дисфункцией, а также может позволить играть и обучаться в виртуальной/дополненной реальности.

Технические обзоры :Почему так важно составить карту давления? Что вы можете делать с картой давления, когда она у вас есть?

Проф. Николас Фанг :я думаю, что карта давления с высоким разрешением, измеренная умной перчаткой, которая нечувствительна к артефактам движения, может обеспечить более точную оценку двигательных навыков рук и пальцев для приложений по месту лечения. Наша перчатка открывает возможность для постоянного контроля ловкости рук и пальцев [во время действий], таких как сборка пазлов, сортировка бусинок, складывание карт, игра в настольные игры или завязывание шнурков.

Больше датчиков в технической документации

Робот-землекоп из Массачусетского технологического института использует тактильные ощущения для идентификации объектов под землей.

Самоосознающий сенсорный материал с автономным питанием можно использовать в сердечных стентах, мостах и ​​даже в космосе.

Носимый датчик обнаруживает токсичные газы с помощью голограммы.

Технические обзоры :Что вдохновило вас на чувство пота? Каковы плюсы и минусы использования пота?

Проф. Николас Фанг :Уточняю, для того, чтобы наша перчатка работала, требуется минимальное количество пота на естественно увлажненной коже, и наша кожа в физиологических условиях этого удовлетворяет.

При разработке сенсора нас вдохновили две идеи.

Одним из них являются датчики с длинными волосками, которые есть у насекомых, таких как странствующие пауки, которые обладают удивительным чувством осязания и вибрации земли.

Другой метод касается установки электродов на коже, широко применяемой в здравоохранении, и наша инновация здесь заключается в использовании заданной деформации углеродной ткани, электростатически флокированных столбиков из ПЭТ [полиэтилентерефталата], которые находятся в конформном контакте с гидратированной кожей, и этих флокированных ПЭТ. микропиллары действуют как устройства, чувствительные к давлению, с исключительной чувствительностью к малейшим изменениям приложенной силы.

Технические обзоры :Над чем вы будете работать дальше с этой перчаткой?

Проф. Николас Фанг :Далее мы оценим восприятие текстуры различных материалов на умной перчатке, чтобы они могли еще больше усилить человеческое осязание, которое важно для захвата мелких предметов и манипулирования ими.

Что вы думаете? Поделитесь своими вопросами и комментариями ниже.