Berührungsempfindlicher Handschuh spürt den Druck

Neue Sensoren von MIT erkennen kleine und schnelle Druckänderungen an der Fingerspitze. Auf einem Seidenhandschuh platziert, helfen die noppenähnlichen Komponenten, ein wertvolles Bild für Ärzte zu erstellen.

Die Erfinder der hochgradig abgestimmten Sensoren, die leichte Vibrationen über die Haut aufnehmen, liefern spezifische Druckkarten, die Patienten eines Tages von der einfachen Pulsüberwachung bis zur komplexen Wiederherstellung motorischer Funktionen unterstützen könnten.

Das in Cambridge, MA, ansässige Team beabsichtigt, die Drucksensoren nicht nur in taktile Handschuhe, sondern auch in flexible Klebstoffe zu integrieren, um Herzschlag, Blutdruck und andere Vitalfunktionen zu verfolgen.

„Die Einfachheit und Zuverlässigkeit unserer Sensorstruktur ist vielversprechend für eine Vielzahl von Anwendungen im Gesundheitswesen, wie z. B. die Pulserkennung und die Wiederherstellung der sensorischen Fähigkeiten bei Patienten mit taktiler Dysfunktion“, sagte Nicholas Fang , Professor für Maschinenbau am MIT, in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung.

So erstellen Sie eine Druckkarte

Die MIT-Forscher kleideten die Innenseite eines Handschuhs mit den kleinen, kerngroßen Detektoren aus, die entwickelt wurden, um subtile Druckänderungen abzubilden. Der Handschuh erzeugt je nach gehaltenem Objekt spezifische Drucklayouts oder Karten.

Der Sensorhandschuh registrierte beispielsweise Druckunterschiede zwischen einem gegriffenen Ballon und einem Becherglas. Das Halten eines Ballons erzeugte ein relativ gleichmäßiges Drucksignal über die gesamte Handfläche, während das Greifen eines Bechers einen stärkeren Druck an den Fingerspitzen erzeugte.

Das Team plant, den Handschuh zu verwenden, um Druckmuster für andere Aufgaben zu identifizieren, beispielsweise das Schreiben mit einem Stift und den Umgang mit anderen Haushaltsgegenständen. Laut Prof. Fang könnten die taktilen Hilfsmittel Patienten mit motorischer Dysfunktion eines Tages helfen, ihre Handfertigkeit und ihren Griff zu kalibrieren und zu stärken.

„Einige Feinmotorik erfordert nicht nur das Wissen, wie man mit Gegenständen umgeht, sondern auch, wie viel Kraft ausgeübt werden sollte“, sagte Prof. Fang. „Dieser Handschuh könnte uns genauere Messwerte der Greifkraft für Kontrollgruppen im Vergleich zu Patienten liefern, die sich von einem Schlaganfall oder anderen neurologischen Erkrankungen erholen.“

Fang und seine Kollegen beschreiben ihre Ergebnisse in einer Studie von Nature Communications . Zu den Co-Autoren der Studie gehören Huifeng Du und Liu Wang vom MIT sowie die Gruppe von Professor Chuanfei Guo an der Southern University of Science and Technology (SUSTech) in China.

Kleinigkeiten erkennen

Die taktilen Sensoren tauschen die herkömmliche dielektrische Schicht gegen eine überraschende, natürliche Zutat aus:den menschlichen Schweiß. Schweiß enthält Natrium- und Chloridionen, die sich ansammeln und die Kraft haben, die Kapazität zwischen zwei dünnen, flachen Elektroden, die auf der Haut platziert werden, zu verändern.

Das MIT-Team erhöhte die Empfindlichkeit der Sensorelektrode, indem es ein Bündel winziger, biegsamer, leitfähiger Haare hinzufügte. Die dünnen, kerngroßen Sensorelektroden sind tatsächlich mit Tausenden dieser mikroskopisch kleinen Goldfilamente oder „Mikrosäulen“ ausgekleidet.

In ihrer Studie demonstrierten Fang und die Erfinder, dass die Sensoren den Grad genau messen können, in dem sich Gruppen von Mikrosäulen als Reaktion auf verschiedene Kräfte und Drücke verbiegen.

Wenn beispielsweise auf eine Ecke der Elektrode Druck ausgeübt wird, biegen sich die Haare in diesem bestimmten Bereich als Reaktion und sammeln Ionen von der Haut an; Grad und Ort der Ionen können dann genau gemessen und kartiert werden.

Die Sensoren waren in der Lage, subtile Phasen im Puls der Person zu erkennen, wie z. B. unterschiedliche Spitzen im selben Zyklus.

„Puls ist eine mechanische Vibration, die auch eine Verformung der Haut verursachen kann, die wir nicht fühlen können, aber die Säulen können abholen“, sagte Fang.

In einem kurzen Q&A mit Tech Briefs Unten erklärt Fang mehr über die Möglichkeiten einer Druckkarte, die über den reinen Puls hinausgeht.

Technische Informationen :Was ist die spannendste Anwendung bzw. das spannendste Einsatzgebiet, das Sie sich für diese Technologie vorstellen? Warum ist dieser Handschuh Ihrer Meinung nach so wichtig?

Prof. Nikolaus Fang :Wir stellen uns vor, dass die Integration von haptischem High-Fidelity-Feedback in Stoffe und Textilien neuartige Anwendungen für Medizin- und Gesundheitsgeräte eröffnen wird, wie z /P>

Technische Informationen :Warum ist es so wichtig, eine Druckkarte zu erstellen? Was können Sie mit einer Druckkarte machen, wenn Sie sie haben?

Prof. Nikolaus Fang :Ich denke, dass die hochauflösende Druckkarte, die von einem intelligenten Handschuh gemessen wird, der unempfindlich gegenüber Bewegungsartefakten ist, eine genauere Beurteilung der motorischen Fähigkeiten der Hände und Finger für Point-of-Care-Anwendungen liefern kann. Unser Handschuh eröffnet die Möglichkeit zur ständigen Überwachung der Hand- und Fingerfertigkeit [während Aktivitäten], wie z. B. Puzzles zusammensetzen, Perlen sortieren, Karten falten, Brettspiele spielen oder Schnürsenkel binden.

Mehr Sensoren in Tech Briefs

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Ein „selbstbewusstes“ Sensormaterial mit eigener Energie kann in Herzstents, Brücken und sogar im Weltraum verwendet werden.

Ein tragbarer Sensor erkennt giftige Gase mit einem Hologramm.

Technische Informationen :Was hat Sie dazu inspiriert, mit Schweiß zu spüren? Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung von Schweiß?

Prof. Nikolaus Fang :Nur zur Verdeutlichung, nur eine minimale Menge Schweiß auf natürlich hydratisierter Haut ist erforderlich, damit unser Handschuh funktioniert, und dies wird von unserer Haut unter physiologischen Bedingungen erfüllt.

Bei unserem Sensordesign haben wir uns von zwei Ideen inspirieren lassen.

Einer davon sind die Langhaarsensoren, die man bei Insekten findet, wie z. B. wandernden Spinnen, die einen erstaunlichen Tastsinn und Bodenvibrationen haben.

Eine andere betrifft die Elektroden-auf-Haut-Anordnung, die im Gesundheitswesen weit verbreitet ist, und unsere Innovation hier besteht darin, die vorgeschriebene Verformung von Kohlenstoffgewebe, elektrostatisch beflockten PET [Polyethylenterephthalat]-Säulen, die in konformem Kontakt mit hydratisierter Haut stehen, und dieses beflockte PET zu nutzen Mikrosäulen fungieren als Druckmessvorrichtungen mit hervorragender Empfindlichkeit gegenüber geringfügigen Änderungen der ausgeübten Kraft.

Technische Informationen :Woran werden Sie mit diesem Handschuh als nächstes arbeiten?

Prof. Nikolaus Fang :Als Nächstes werden wir die Wahrnehmung der Textur verschiedener Materialien auf dem intelligenten Handschuh bewerten, damit sie den menschlichen Tastsinn weiter verbessern können, der für das Greifen und Manipulieren kleiner Objekte wichtig ist.

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