Las tecnologías portátiles, desde monitores de frecuencia cardíaca hasta auriculares de realidad virtual, están explotando en popularidad tanto en el consumidor como en los espacios de investigación, pero la mayoría de los sensores electrónicos que detectan y transmiten datos de dispositivos portátiles están hechos de materiales duros e inflexibles que puedenrestringir tanto los movimientos naturales del usuario como la precisión de los datos recopilados. Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de la Universidad de Harvard ha creadosensor capacitivo suave y sensible hecho de silicona y tela que se mueve y se flexiona con el cuerpo humano para detectar movimientos de manera discreta y precisa.
"Estamos realmente entusiasmados con este sensor porque, al aprovechar los textiles en su construcción, es inherentemente adecuado para la integración con la tela para hacer prendas robóticas 'inteligentes'", dice el autor correspondiente Conor Walsh, Ph.D., Core Facultymiembro del Instituto Wyss y el Profesor Asociado John L. Loeb de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS. "Además, hemos diseñado un proceso único de fabricación por lotes que nos permite crear sensores de forma personalizada que comparten propiedades uniformes, lo que hace posiblepara fabricarlos rápidamente para una aplicación determinada ", dice el coautor Ozgur Atalay, Ph.D., Postdoctoral Fellow en el Instituto Wyss. Esta investigación se publica en la edición actual de Tecnologías avanzadas de materiales y el protocolo está disponible como parte del kit de herramientas de robótica suave de Harvard Biodesign Lab.
La tecnología del equipo Wyss consiste en una lámina delgada de silicona un material poco conductor intercalada entre dos capas de tela conductora plateada un material altamente conductor, formando un sensor capacitivo. Este tipo de sensor registra el movimiento midiendoel cambio en la capacitancia, o la capacidad de mantener la carga eléctrica, del campo eléctrico entre los dos electrodos ". Cuando aplicamos tensión al tirar del sensor desde los extremos, la capa de silicona se adelgaza y las capas de tela conductora se unen,que cambia la capacitancia del sensor de manera proporcional a la cantidad de tensión aplicada, para que podamos medir cuánto cambia la forma del sensor ", explica el coautor Daniel Vogt, ingeniero de investigación en el Instituto Wyss.
El rendimiento superior del sensor híbrido se deriva de su novedoso proceso de fabricación, en el que la tela se une a ambos lados del núcleo de silicona con una capa adicional de silicona líquida que posteriormente se cura. Este método permite que la silicona llene parte del aireEste tejido híbrido de silicona y textil mejora la sensibilidad al movimiento al capitalizar las cualidades de ambos materiales: las fibras de tela fuertes y entrelazadas ayudanlimite cuánto se deforma la silicona durante el estiramiento, y la silicona ayuda a que la tela recupere su forma original después de eliminar la tensión. Finalmente, los cables delgados y flexibles se unen permanentemente a la tela conductora con cinta de costura térmica, permitiendo que la información eléctrica del sensorser transmitido a un circuito sin una interfaz dura y voluminosa
El equipo evaluó su nuevo diseño de sensor realizando experimentos de deformación en los que se toman varias medidas a medida que el sensor es estirado por un probador electromecánico. Generalmente, a medida que se tira de un material elástico, su longitud aumenta mientras que su espesor y ancho disminuyen, por lo que elel área total del material, y, por lo tanto, su capacitancia, se mantiene constante. Sorprendentemente, los investigadores descubrieron que el área conductora de su sensor aumentó a medida que se estiraba, lo que resulta en una capacitancia mayor a la esperada ".los sensores tienen una sensibilidad limitada según la naturaleza del material. Sin embargo, incrustar la silicona en un tejido conductor creó una matriz que evitó que la silicona se encogiera tanto en ancho, lo que mejoró la sensibilidad por encima de la silicona desnuda que probamos ", dice el plomoautor Asli Atalay, becario postdoctoral en el Instituto Wyss.
El sensor híbrido detectó aumentos en la capacitancia dentro de los 30 milisegundos de aplicación de la tensión y cambios físicos de menos de medio milímetro, lo que confirma que es capaz de capturar el movimiento en la escala del cuerpo humano. Para probar esa habilidad en un mundo realEn el escenario, el equipo integró un conjunto de ellos en un guante para medir los movimientos de manos y dedos de motores finos en tiempo real. Los sensores pudieron detectar con éxito los cambios de capacitancia en los dedos individuales a medida que se movían, indicando sus posiciones relativas a lo largo del tiempo ".La mayor sensibilidad del sensor significa que tiene la capacidad de distinguir movimientos más pequeños, como mover ligeramente un dedo de lado a lado en lugar de simplemente si toda la mano está abierta o apretada en un puño ", explica la coautora Vanessa Sanchez, estudiante graduada enBiodesign Lab en SEAS.
Si bien este estudio es una prueba de concepto preliminar, el equipo está entusiasmado con las muchas direcciones futuras en las que podría desarrollarse esta tecnología ". Este trabajo representa nuestro creciente interés en aprovechar la tecnología textil en sistemas robóticos, y vemos aplicaciones prometedoraspara la captura de movimiento 'en la naturaleza', como ropa deportiva que rastrea el rendimiento físico o dispositivos clínicos suaves para monitorear a los pacientes en sus hogares. Además, cuando se combinan con actuadores suaves basados en tela, estos sensores permitirán nuevos sistemas robóticos que realmente imitanropa ", dice Walsh.
"Esta tecnología abre enfoques completamente nuevos para el diagnóstico portátil y la terapéutica combinada que, sin duda, desempeñarán un papel central en el futuro de la atención médica domiciliaria. También refleja el poder inherente a nuestro enfoque en la colaboración aquí en el Instituto Wyss, ya que dibujaconocimiento e inspiración tanto del Laboratorio de biodiseño de Conor Walsh como del Laboratorio de microrobótica de Rob Wood, que son fundamentales para nuestra plataforma de robótica bioinspirada ", dice el director fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de biología vascular de Judah Folkman enHarvard Medical School HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, y Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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