เซ็นเซอร์สเตรนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่รวมความไวสูงเข้ากับช่วงการตรวจจับที่กว้าง

เซนเซอร์ตรวจจับความเครียดแบบนิ่มและยืดได้มีค่าอย่างยิ่งสำหรับใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ เช่น อุปกรณ์ติดตามการเคลื่อนไหวและระบบตรวจสอบทางสรีรวิทยา อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน การแลกเปลี่ยนระหว่างความไวและช่วงการตรวจจับถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ เซ็นเซอร์สเตรนที่สามารถตรวจจับการเสียรูปขนาดเล็กไม่สามารถยืดออกไปได้ไกลมาก ในขณะที่เซ็นเซอร์ที่สามารถยืดออก

ให้มีความยาว

มากขึ้นมักจะไม่ไวมากนักเมื่อตรวจสอบสรีรวิทยาและการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ความเครียดของผิวหนังมีตั้งแต่ต่ำกว่า 1% ถึงมากกว่า 50% ด้วยเหตุนี้ เซ็นเซอร์ที่แยกจากกันมักจะใช้เพื่อตรวจจับความเครียดที่ละเอียดอ่อน (เช่น ที่เกี่ยวข้องกับชีพจรของเลือดและการหายใจ) และความเครียดที่มีขนาดใหญ่

(เช่น การงอของส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย) แต่สำหรับการเฝ้าระวังโรคบางอย่าง ควรใช้อุปกรณ์เดียวจะดีกว่า ตัวอย่างเช่น ในโรคพาร์กินสัน เซ็นเซอร์ต้องมีความไวมากพอที่จะตรวจจับการสั่นไหวขนาดเล็กในขณะที่รักษาระยะที่กว้างพอที่จะวัดการเคลื่อนไหวของข้อต่อได้

สิ่งที่จำเป็นจริงๆ คือเซ็นเซอร์ตัวเดียวที่สามารถติดเข้ากับส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย และสามารถวัดค่าความเครียดบนผิวหนังมนุษย์ได้อย่างแม่นยำ ด้วยเป้าหมายนี้ ทีมงานของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนาจึงได้พัฒนาเซ็นเซอร์ความเครียดแบบต้านทานที่ยืดได้แบบนิ่มซึ่งมีความไวสูง

ช่วงการตรวจจับที่กว้าง และความทนทานสูง“เซ็นเซอร์ใหม่ที่เราพัฒนาขึ้นนั้นมีทั้งความไวและสามารถทนต่อการเสียรูปอย่างมาก” ผู้เขียนที่เกี่ยวข้องอธิบาย ในแถลงการณ์ “คุณสมบัติเพิ่มเติมคือเซ็นเซอร์มีความแข็งแรงสูงแม้ว่าจะใช้งานมากเกินไป ซึ่งหมายความว่าไม่น่าจะแตกหักเมื่อความเครียด

ที่ใช้เกินระยะการตรวจจับโดยไม่ตั้งใจ” เซ็นเซอร์ที่อธิบายไว้ในวัดความเครียดโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้า อุปกรณ์นี้ทำมาจากเครือข่ายลวดนาโนเงินที่ฝังอยู่ในโพลิเมอร์ยืดหยุ่น (ไดเมทิลไซลอกเซน) โดยมีการตัดเชิงกลเป็นชุดที่พื้นผิวด้านบน 

สลับจากด้านใดด้านหนึ่ง

เมื่อเซนเซอร์ยืดออก การตัดจะดึงเปิดออก สิ่งนี้บังคับให้สัญญาณไฟฟ้าเปลี่ยนจากการไหลของกระแสสม่ำเสมอทั่วรอยแตกที่ปิดไปสู่การเดินทางต่อไปตามเส้นทางที่คดเคี้ยวไปมาซึ่งกำหนดโดยรอยแตกที่เปิดอยู่ ดังนั้นความต้านทานจะเพิ่มขึ้นภายใต้ความเครียดที่ใช้ การเปิดของการตัดยังช่วยให้อุปกรณ์

ทนต่อการเสียรูปได้มากโดยไม่ถึงจุดแตกหัก “คุณลักษณะนี้ การเจียระไนที่มีลวดลาย  เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปได้หลากหลายขึ้นโดยไม่ลดความไวลง” ผู้เขียนคนแรก กล่าว ทีมงานได้ทำการทดลองและวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อประเมินผลกระทบของความลึก ความยาว และระยะห่างของสลิต

ที่มีต่อประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ อุปกรณ์ที่ได้รับการปรับปรุงนี้แสดงค่าเกจแฟกเตอร์ขนาดใหญ่ (อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานไฟฟ้าต่อความเครียดเชิงกล) ที่ 290.1 ​​โดยมีช่วงการตรวจจับมากกว่า 22% นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อการโอเวอร์โหลด

ประการแรก พวกเขาใช้เซ็นเซอร์เพื่อตรวจวัดความดันโลหิต ซึ่งต้องใช้ความไวสูงมาก พวกเขาใช้แถบยางเพื่อยึดเซ็นเซอร์ไว้บนข้อมือของอาสาสมัครเพื่อตรวจจับคลื่นชีพจร ซึ่งเป็นหนึ่งในสัญญาณความเครียดที่เล็กที่สุดบนผิวหนังมนุษย์ เมื่อเลือดสูบฉีดผ่านเส้นเลือด 

ปลายเซนเซอร์จะยึดอยู่กับที่โดยสายรัดขณะที่ตรงกลางยืดออก เปิดรอยแตกบนพื้นผิวด้านบนนักวิจัยแสดงให้เห็นว่าการตั้งค่านี้สามารถจับคลื่นชีพจรจากหลอดเลือดแดงเรเดียลที่ข้อมือได้ การวางเซ็นเซอร์ความเครียดอีกตัวบนหลอดเลือดแดงแขนที่อยู่สูงขึ้นไปบนแขนและบันทึกคลื่นชีพจรที่สองพร้อมกัน

พวกเขาสามารถวัดความเร็วคลื่นชีพจรโดยเฉลี่ย ทำให้สามารถคำนวณความดันโลหิตได้และการโหลดซ้ำ 1,000 รอบ อุปกรณ์สร้างเพื่อแสดงให้เห็นถึงการใช้งานที่เป็นไปได้บางประการของเซ็นเซอร์สายพันธุ์ใหม่ของพวกเขา Zhu, Wu และเพื่อนร่วมงานได้รวมเข้ากับระบบตรวจสอบสุขภาพที่สวมใส่ได้

ในตัวอย่างถัดไป 

เซ็นเซอร์ถูกใช้เพื่อตรวจดูความเครียดขนาดใหญ่ที่หลังส่วนล่างระหว่างการเคลื่อนไหว ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการบำบัดทางกายภาพ ที่นี่ นักวิจัยรวมเซ็นเซอร์เข้ากับเทปกีฬาที่ยืดได้ และติดเซ็นเซอร์สองตัวขนานกันตามแนวกระดูกสันหลังที่หลังส่วนล่างของอาสาสมัคร

พวกเขายังติดบอร์ดบลูทูธที่ด้านหลังเพื่อรวบรวมและส่งสัญญาณการตรวจจับเริ่มจากท่านั่งตัวตรง วัตถุเคลื่อนไหวเป็นชุดในขณะที่เซ็นเซอร์ตรวจสอบการเกร็งของหลังส่วนล่าง เมื่อโน้มตัวไปข้างหน้า เซ็นเซอร์ทั้งสองจะตอบสนองโดยเพิ่มแรงต้าน ในขณะที่เอนไปข้างหน้าและเอียงไปด้านข้าง 

สุดท้าย เพื่อสาธิตการใช้งานเซ็นเซอร์ในส่วนต่อประสานระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร นักวิจัยได้สร้างเซ็นเซอร์สัมผัส 3 มิติแบบอ่อนที่ติดตามทั้งความเค้นปกติและแรงเฉือน และสามารถใช้ควบคุมวิดีโอเกมได้ พวกเขายังรวมเซ็นเซอร์ความเครียดไว้ที่ปลายนิ้วของถุงมือที่ใช้จับแก้วน้ำ 

แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการตรวจจับการสัมผัสสำหรับการใช้งานหุ่นยนต์ทีมงานกำลังสำรวจการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ความเครียดสำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์และการกีฬา “การใช้งานด้านชีวการแพทย์รวมถึงการติดตามรูปแบบการเคลื่อนไหวระหว่างการฟื้นฟูผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง” 

เช่น เส้นเลือดในสมองตีบหรือเนื้องอกที่ใหญ่ขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ”ในพื้นที่ที่ไม่ได้รับการดูแลทางการแพทย์ เช่นเดียวกับการดูแลผู้ป่วยวิกฤต ซึ่งการย้ายผู้ป่วยไปยังชุด มักจะเสี่ยงเกินไปเมื่ออธิบายถึงการศึกษาพิสูจน์แนวคิดของพวกเขาในรังสีวิทยา “เรากำลังทำงานเกี่ยวกับการผลิตเซ็นเซอร์ที่ปรับขนาดได้”แรงต้านของเซ็นเซอร์ที่ด้านที่เกี่ยวข้องยังคงใกล้คงที่

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ