חיישנים רועשים יכולים לאפשר טקסטיל חכמים יותר

Anonim

צוות של מהנדסים באוניברסיטת דלאוור מפתחת את הדור הבא של טקסטיל חכם על ידי יצירת פחמן גמיש nanotube מרוכבים ציפויים על מגוון רחב של סיבים, כולל כותנה, ניילון צמר. התגלית שלהם מדווחת בכתב העת ACS Sensors שבו הם מדגימים את היכולת למדוד טווח רחב במיוחד של לחץ - מן המגע הקל של קצות האצבעות עד שהסיע אותו על ידי מלגזה.

בד מצופה בטכנולוגיה זו חישה יכול לשמש בעתיד "בגדים חכמים" שבו החיישנים הם החליקו לתוך סוליות נעליים או תפור לתוך בגדים לאיתור תנועה אנושית.

צינורות פחמן לתת זה אור, גמיש, בד בד נושמת יכולת חישה מרשימה. כאשר החומר הוא סחוט, שינויים חשמליים גדולים בד נמדדים בקלות.

"כחיישן, הוא רגיש מאוד לכוחות הנעים בין מגע לטון", אמר אריק תוסטנסון, פרופסור חבר במחלקות להנדסת מכונות וחומרים למדע והנדסה.

עצבים דמוי מוליכים nanocomposite מוליכים חשמלית נוצרים על סיבים באמצעות בתצהיר אלקטרופורטי (EPD) של צינורות פחמן פונקציונלימינית polyethyleneimine.

"הסרטים מתנהגים כמו צבע שמוסיף פונקציונליות חישה חשמלית", אמר תוסטנסון. "תהליך EPD שפותחה במעבדה שלי יוצרת ציפוי nanocomposite אחיד מאוד, כי הוא מלוכדות חזק על פני השטח של סיבים.התהליך הוא מדרגי מבחינה תעשייתית עבור יישומים עתידיים."

עכשיו, החוקרים יכולים להוסיף חיישנים אלה בד באופן עדיף על שיטות הנוכחי להכנת טקסטיל חכם. טכניקות קיימות, כגון ציפוי סיבים עם מתכת או סריגה סיבים וגדילי מתכת יחד, יכול להפחית את הנוחות ועמידות של בדים, אמר Thostenson, מי מנהל מעבדה מרובת חומרים של UD של מעבדה. ציפוי nanocomposite שפותח על ידי הקבוצה של Thostenson הוא גמיש ונעים למגע נבדק על מגוון של סיבים טבעיים וסינתטיים, כולל Kevlar, צמר, ניילון, סטרץ 'ו פוליאסטר. הציפויים הם רק 250 עד 750 ננומטר עבה - על 0.25 ל 0.75 אחוזים עבה כמו פיסת נייר, ו רק להוסיף על גרם של משקל לנעל אופייני או בגד. מה יותר, החומרים המשמשים כדי להפוך את ציפוי חיישן הם זולים יחסית ידידותית לסביבה, שכן הם יכולים להיות מעובדים בטמפרטורת החדר עם מים כמו ממס.

היכרות עם יישומים עתידיים

יישום פוטנציאלי אחד של הבד מצופה חיישן היא למדוד את הכוחות על הרגליים של אנשים כשהם הולכים. נתונים אלה יכולים לסייע לרופאים להעריך חוסר איזון לאחר הפציעה או לסייע במניעת פגיעה בספורטאים. באופן ספציפי, קבוצת המחקר של Thostenson משתפת פעולה עם ג'יל היגינסון, פרופסור להנדסת מכונות ומנהל המעבדה לביומכניקה Neuromuscular ב UD, וקבוצתה כחלק מפרויקט ניסיוני ממומן על ידי דלאוור INBRE. המטרה שלהם היא לראות איך חיישנים אלה, כאשר מוטבע הנעלה, להשוות טכניקות מעבדה ביומכנית כגון הליכונים מכשיר ו ללכוד תנועה.

במהלך בדיקות המעבדה, אנשים יודעים שהם מתבוננים בהם, אך מחוץ למעבדה, ההתנהגות עשויה להיות שונה.

"אחד הרעיונות שלנו הוא שנוכל לנצל את הטקסטיל החדש הזה מחוץ למסגרת המעבדה - ללכת ברחוב, בבית, לכל מקום, "אמר תוסטנסון.

סגר דושי, דוקטורנט בהנדסת מכונות ב- UD, הוא הכותב הראשי בעיתון. הוא עבד על ביצוע החיישנים, מיטוב הרגישות שלהם, בדיקת התכונות המכניות שלהם ושילובם בסנדלים ונעליים. הוא לבש את החיישנים בבדיקות מקדימות, ועד כה, החיישנים אוספים נתונים המשווים לאלו שנאספו על ידי צלחת כוח, מכשיר מעבדה שבדרך כלל עולה אלפי דולרים.

"בגלל החיישן בעלות נמוכה הוא דק וגמיש קיימת אפשרות ליצור נעליים מותאמות אישית בגדים אחרים עם אלקטרוניקה משולבת לאחסן נתונים במהלך חייהם היומיומיים, " אמר Doshi. "נתונים אלה ניתנים לניתוח מאוחר יותר על ידי חוקרים או מטפלים כדי להעריך את הביצועים ובסופו של דבר להפיל את עלות שירותי הבריאות".

טכנולוגיה זו יכולה גם להיות מבטיחה עבור יישומי רפואה ספורט, לאחר ניתוח כירורגית, ועל הערכת הפרעות תנועה באוכלוסיות ילדים.

"זה יכול להיות מאתגר לאסוף נתונים תנועה לילדים על פני תקופה של זמן בהקשר מציאותי", אמר רוברט Akins, מנהל המרכז למחקר קליני ילדים ופיתוח בבית החולים נמורס אלפרד א 'דופונט לילדים בווילמינגטון ו פרופסור למדעי החומרים והנדסה, הנדסה ביו רפואית ומדעים ביולוגיים ב UD. "חיישנים רזים, גמישים ורגישים מאוד מסוג זה יכולים לסייע למטפלים פיזיים ולרופאים להעריך את יכולת הניידות של הילד מרחוק, כלומר, רופאים יכולים לאסוף נתונים רבים יותר, ואולי נתונים טובים יותר, בדרך חסכונית הדורשת פחות ביקורים במרפאה מאשר הנוכחית שיטות לעשות. "

שיתוף פעולה בין תחומי הוא חיוני לפיתוח יישומים עתידיים, וב- UD, המהנדסים יש הזדמנות ייחודית לעבוד עם סגל וסטודנטים מן המכללה למדעי הבריאות בקמפוס המדע, המדע והמחקר המתקדם (STAR) של UD.

"כמהנדסים, אנו מפתחים חומרים וחיישנים חדשים, אך לא תמיד אנו מבינים את הבעיות המרכזיות שרופאים, מטפלים פיזיים וחולים מתמודדים איתם", אמר דושי. "אנו משתפים פעולה איתם כדי להתמודד עם הבעיות שהם מתמודדים איתם או להפנותם לפתרון קיים או ליצור פתרון חדשני לפתרון הבעיה".

קבוצת המחקר של Thostenson גם משתמשת חיישנים מבוססי Nanotube עבור יישומים אחרים, כגון ניטור בריאותי מבניים.

"אנחנו עובדים עם צינורות פחמן וחיישנים מורכבים המבוססים על Nanotube במשך זמן רב", אמר תוסטנסון, שהוא חבר סגל במכון UD של חומרים מרוכבים (UD-CCM). עבודה עם חוקרים בהנדסה אזרחית הקבוצה שלו חלוץ את הפיתוח של חיישנים nanotube גמישים כדי לעזור לזהות סדקים גשרים וסוגים אחרים של מבנים בקנה מידה גדול. "אחד הדברים שתמיד סיקרן אותי על חומרים מרוכבים הוא שאנחנו מעצבים אותם באורך משתנה, כל הדרך מן הגיאומטריה של החלק המאקרוסקופי, מטוס או כנף מטוס או חלק ממכונית, אל מבנה הבד או הסיבים ולאחר מכן, תגבורת ננו כמו צינורות פחמן גרפן לתת לנו רמה אחרת כדי להתאים את המאפיינים המבניים והתפקודיים החומר.למרות שהמחקר שלנו עשוי להיות בסיסי, תמיד יש עין כלפי יישומים.ל- UD-CCM יש היסטוריה ארוכה של תרגום בסיסי תגליות מחקר במעבדה למוצרים מסחריים באמצעות קונסורציום תעשייתי של UD-CCM ".

menu
menu