เราใช้คุกกี้เพื่อปรับปรุงประสบการณ์ของคุณ การเข้าชมเว็บไซต์นี้ต่อถือว่าคุณยอมรับการใช้คุกกี้ของเรา ข้อมูลเพิ่มเติม
เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบสวมใส่ได้สามารถช่วยตรวจสอบสุขภาพของมนุษย์และรับรู้ถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการสร้างเซ็นเซอร์วัดแรงดันที่มีการออกแบบอุปกรณ์สากลและมีความไวสูงต่อแรงกดเชิงกล
การศึกษา: เครื่องแปลงสัญญาณความดันแบบเพียโซอิเล็กทริกสำหรับสิ่งทอที่ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทอ โดยใช้เส้นใยนาโนโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์แบบอิเล็กโตรสปัน พร้อมหัวฉีด 50 หัว เครดิตภาพ: African Studio/Shutterstock.com
บทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร npj Flexible Electronics รายงานเกี่ยวกับการผลิตเครื่องแปลงสัญญาณแรงดันแบบเพียโซอิเล็กทริกสำหรับผ้าโดยใช้เส้นด้ายยืนโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) และเส้นด้ายพุ่งโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์วัดแรงดันที่พัฒนาขึ้นนี้เมื่อเทียบกับการวัดแรงดันตามรูปแบบการทอ ได้รับการสาธิตบนสเกลผ้าขนาดประมาณ 2 เมตร
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความไวของเซ็นเซอร์วัดแรงกดที่ปรับให้เหมาะสมโดยใช้การออกแบบแคนาร์ด 2/2 สูงกว่าความไวของการออกแบบแคนาร์ด 1/1 ถึง 245% นอกจากนี้ ยังมีการใช้ข้อมูลป้อนเข้าต่างๆ เพื่อประเมินประสิทธิภาพของผ้าที่ปรับให้เหมาะสม รวมถึงการงอ การบีบ การยับ การบิด และการเคลื่อนไหวต่างๆ ของมนุษย์ ในงานวิจัยนี้ เซ็นเซอร์วัดแรงกดเนื้อเยื่อที่มีอาร์เรย์พิกเซลของเซ็นเซอร์แสดงลักษณะการรับรู้ที่เสถียรและมีความไวสูง
ข้าว 1. การเตรียมเส้นด้าย PVDF และผ้าอเนกประสงค์ แผนภาพแสดงกระบวนการปั่นด้ายด้วยไฟฟ้าแบบหัวฉีด 50 หัวที่ใช้ในการผลิตแผ่นเส้นใยนาโน PVDF ที่เรียงตัวกัน โดยวางแท่งทองแดงขนานกันบนสายพานลำเลียง และขั้นตอนต่างๆ ได้แก่ การเตรียมโครงสร้างถักสามชั้นจากเส้นใยโมโนฟิลาเมนต์สี่ชั้น b ภาพ SEM และการกระจายเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย PVDF ที่เรียงตัวกัน c ภาพ SEM ของเส้นด้ายสี่ชั้น d ความต้านทานแรงดึงและความเครียดที่ขาดของเส้นด้ายสี่ชั้นเป็นฟังก์ชันของการบิด e รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของเส้นด้ายสี่ชั้นแสดงการมีอยู่ของเฟสอัลฟาและเบต้า © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R และคณะ (2022)
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของหุ่นยนต์อัจฉริยะและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ทำให้เกิดอุปกรณ์ใหม่ๆ มากมายที่ใช้เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบยืดหยุ่น และการประยุกต์ใช้งานในด้านอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรม และการแพทย์ก็กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วเช่นกัน
พีโซอิเล็กทริกคือประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัสดุที่อยู่ภายใต้แรงเค้นเชิงกล พีโซอิเล็กทริกในวัสดุที่ไม่สมมาตรทำให้เกิดความสัมพันธ์เชิงเส้นแบบย้อนกลับได้ระหว่างแรงเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อวัสดุพีโซอิเล็กทริกชิ้นหนึ่งถูกทำให้เสียรูปทางกายภาพ จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้น และในทางกลับกัน
อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกสามารถใช้แหล่งพลังงานเชิงกลอิสระเพื่อเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกสำหรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานน้อย ชนิดของวัสดุและโครงสร้างของอุปกรณ์เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการผลิตอุปกรณ์สัมผัสโดยใช้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากล นอกจากวัสดุอนินทรีย์แรงดันสูงแล้ว ยังมีการศึกษาวัสดุอินทรีย์ที่มีความยืดหยุ่นเชิงกลในอุปกรณ์สวมใส่อีกด้วย
พอลิเมอร์ที่แปรรูปเป็นเส้นใยนาโนด้วยวิธีอิเล็กโตรสปินนิงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในฐานะอุปกรณ์กักเก็บพลังงานแบบเพียโซอิเล็กทริก เส้นใยนาโนพอลิเมอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างโครงสร้างการออกแบบบนเนื้อผ้าสำหรับการใช้งานที่สวมใส่ได้ โดยให้กำเนิดพลังงานไฟฟ้ากลโดยอาศัยความยืดหยุ่นเชิงกลในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
เพื่อจุดประสงค์นี้ โพลิเมอร์เพียโซอิเล็กทริกจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย รวมถึง PVDF และอนุพันธ์ ซึ่งมีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกสูง เส้นใย PVDF เหล่านี้ถูกดึงและปั่นเป็นผืนผ้าสำหรับการใช้งานเพียโซอิเล็กทริก รวมถึงเซ็นเซอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
รูปที่ 2 เนื้อเยื่อพื้นที่ขนาดใหญ่และคุณสมบัติทางกายภาพ ภาพถ่ายของลายผ้าลายซี่โครงพุ่ง 2/2 ขนาดใหญ่ สูงสุด 195 ซม. x 50 ซม. b ภาพ SEM ของลายผ้าลายพุ่ง 2/2 ประกอบด้วยเส้นพุ่ง PVDF หนึ่งเส้นสลับกับฐาน PET สองแผ่น c ค่าโมดูลัสและความเครียด ณ จุดขาดในผ้าหลากหลายชนิดที่มีขอบพุ่ง 1/1, 2/2 และ 3/3 d คือมุมแขวนที่วัดได้สำหรับผ้า © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R และคณะ (2022)
ในงานวิจัยนี้ เครื่องกำเนิดผ้าที่ใช้เส้นใยนาโน PVDF ถูกสร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการปั่นใยไฟฟ้าแบบ 50-jet ตามลำดับ ซึ่งการใช้หัวฉีด 50 หัวช่วยให้การผลิตแผ่นใยนาโนทำได้สะดวกยิ่งขึ้นโดยใช้สายพานลำเลียงแบบหมุน โครงสร้างการทอแบบต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เส้นด้าย PET ซึ่งรวมถึงเส้นใยพุ่งแบบ 1/1 (ธรรมดา) 2/2 และ 3/3
งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้รายงานการใช้ทองแดงเพื่อจัดแนวเส้นใยในรูปแบบของสายทองแดงที่เรียงตัวกันบนดรัมเก็บเส้นใย อย่างไรก็ตาม งานวิจัยปัจจุบันประกอบด้วยแท่งทองแดงขนานที่เว้นระยะห่าง 1.5 เซนติเมตรบนสายพานลำเลียง เพื่อช่วยจัดแนวแกนปั่นด้าย โดยอาศัยปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตระหว่างเส้นใยที่มีประจุไฟฟ้าขาเข้าและประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของเส้นใยที่ติดอยู่กับเส้นใยทองแดง
เซ็นเซอร์วัดแรงดันเนื้อเยื่อที่เสนอในบทความนี้แตกต่างจากเซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟหรือเพียโซรีซิสทีฟที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เซ็นเซอร์วัดแรงดันเนื้อเยื่อที่เสนอในบทความนี้ตอบสนองต่อแรงอินพุตที่หลากหลายตั้งแต่ 0.02 ถึง 694 นิวตัน นอกจากนี้ เซ็นเซอร์วัดแรงดันผ้าที่เสนอยังคงรักษาแรงอินพุตเดิมไว้ได้ 81.3% หลังจากการซักมาตรฐานห้าครั้ง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความทนทานของเซ็นเซอร์วัดแรงดัน
นอกจากนี้ ค่าความไวในการประเมินผลแรงดันและกระแสไฟฟ้าสำหรับการถักแบบซี่โครง 1/1, 2/2 และ 3/3 แสดงให้เห็นความไวของแรงดันไฟฟ้าสูงที่ 83 และ 36 mV/N ต่อแรงกดซี่โครง 2/2 และ 3/3 เซ็นเซอร์เส้นพุ่ง 3 ตัวแสดงความไวที่สูงกว่า 245% และ 50% สำหรับเซ็นเซอร์แรงดันเหล่านี้ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์แรงดันเส้นพุ่ง 24 mV/N 1/1
ข้าว 3. การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์วัดแรงกดแบบผ้าเต็มผืนที่ขยายใหญ่ขึ้น ตัวอย่างเซ็นเซอร์วัดแรงกดพื้นรองเท้าที่ทำจากผ้าซี่โครงพุ่ง 2/2 สอดไว้ใต้ขั้วไฟฟ้าวงกลมสองขั้วเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวของปลายเท้า (ใต้ปลายเท้าเล็กน้อย) และส้นเท้า ข. แผนผังแสดงขั้นตอนต่างๆ ของการเดินแต่ละขั้นตอน ได้แก่ การลงส้นเท้า การลงพื้น การสัมผัสปลายเท้า และการยกขา ค. สัญญาณแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ตอบสนองต่อแต่ละส่วนของการเดินเพื่อวิเคราะห์การเดินและ ง. สัญญาณไฟฟ้าที่ขยายที่เกี่ยวข้องกับแต่ละเฟสของการเดิน จ. แผนผังของเซ็นเซอร์วัดแรงกดเนื้อเยื่อเต็มผืนที่มีเซลล์พิกเซลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามากถึง 12 เซลล์ พร้อมเส้นนำไฟฟ้าที่ออกแบบเป็นลวดลายเพื่อตรวจจับสัญญาณแต่ละสัญญาณจากแต่ละพิกเซล ฉ. แผนที่ 3 มิติของสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยการกดนิ้วบนแต่ละพิกเซล ช. สัญญาณไฟฟ้าจะถูกตรวจจับเฉพาะในพิกเซลที่กดนิ้วเท่านั้น และไม่มีสัญญาณข้างเคียงเกิดขึ้นในพิกเซลอื่นๆ ซึ่งยืนยันว่าไม่มีสัญญาณรบกวน © คิม, ดีบี, ฮัน, เจ., ซอง, เอสเอ็ม, คิม, เอ็มเอส, ชเว, บีเค, ปาร์ค, เอสเจ, ฮง, เอช. อาร์ และคณะ (2022)
โดยสรุป การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงเซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อที่มีความไวสูงและสวมใส่ได้ ซึ่งใช้เส้นใยเพียโซอิเล็กทริกแบบนาโนไฟเบอร์ PVDF เซ็นเซอร์วัดความดันที่ผลิตขึ้นมีช่วงแรงป้อนเข้าที่กว้างตั้งแต่ 0.02 ถึง 694 นิวตัน
เครื่องปั่นด้ายไฟฟ้าต้นแบบหนึ่งเครื่องใช้หัวฉีด 50 หัว และผลิตแผ่นใยนาโนแบบต่อเนื่องโดยใช้สายพานลำเลียงแบบแบตช์ที่ใช้แท่งทองแดง ภายใต้แรงอัดแบบเป็นช่วงๆ ผ้าชายพุ่ง 2/2 ที่ผลิตขึ้นมีความไว 83 mV/N ซึ่งสูงกว่าผ้าชายพุ่ง 1/1 ประมาณ 245%
เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบทอทั้งหมดที่นำเสนอนี้จะตรวจสอบสัญญาณไฟฟ้าโดยการวัดการเคลื่อนไหวทางสรีรวิทยาต่างๆ รวมถึงการบิด การงอ การบีบ การวิ่ง และการเดิน นอกจากนี้ มาตรวัดแรงดันผ้าเหล่านี้ยังมีความทนทานเทียบเท่ากับผ้าทั่วไป โดยยังคงรักษาระดับแรงดันเดิมไว้ได้ประมาณ 81.3% แม้ผ่านการซักมาตรฐาน 5 ครั้ง นอกจากนี้ เซ็นเซอร์วัดแรงกดเนื้อเยื่อที่ผลิตขึ้นยังมีประสิทธิภาพในระบบการดูแลสุขภาพโดยการสร้างสัญญาณไฟฟ้าตามช่วงการเดินอย่างต่อเนื่องของบุคคล
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR และคณะ (2022). เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบเพียโซอิเล็กทริกบนผ้าที่ใช้เส้นใยนาโนโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์แบบอิเล็กโตรสปันที่มีหัวฉีด 50 หัว ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทอ อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
ข้อสงวนสิทธิ์: มุมมองที่แสดงในที่นี้เป็นของผู้เขียนในฐานะส่วนบุคคล และไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของ AZoM.com Limited T/A AZoNetwork เจ้าของและผู้ดำเนินการเว็บไซต์นี้ ข้อสงวนสิทธิ์นี้เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดการใช้งานเว็บไซต์นี้
ภาวนา กาเวตี เป็นนักเขียนวิทยาศาสตร์จากเมืองไฮเดอราบาด ประเทศอินเดีย เธอสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทและปริญญาเอกจากสถาบันเทคโนโลยีเวลลอร์ ประเทศอินเดีย สาขาเคมีอินทรีย์และเคมีเภสัช จากมหาวิทยาลัยกวานาวาโต ประเทศเม็กซิโก งานวิจัยของเธอเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการสังเคราะห์โมเลกุลชีวภาพจากเฮเทอโรไซเคิล และเธอมีประสบการณ์ในการสังเคราะห์แบบหลายขั้นตอนและหลายองค์ประกอบ ระหว่างการวิจัยระดับปริญญาเอก เธอได้ทำงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์โมเลกุลเพปทิโดมิเมติกแบบยึดติดและหลอมรวมจากเฮเทอโรไซเคิลหลากหลายชนิด ซึ่งคาดว่าจะมีศักยภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของสิ่งมีชีวิต ขณะเขียนวิทยานิพนธ์และงานวิจัย เธอได้สำรวจความหลงใหลในการเขียนและการสื่อสารทางวิทยาศาสตร์
Cavity, Buffner. (11 สิงหาคม 2022). เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบผ้าเต็มตัวที่ออกแบบมาสำหรับการตรวจวัดสุขภาพแบบสวมใส่ AZonano. สืบค้นเมื่อ 21 ตุลาคม 2022 จาก https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544
Cavity, Buffner “เซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อทั้งหมด ออกแบบมาเพื่อการตรวจสุขภาพแบบสวมใส่” AZonano21 ตุลาคม 2565 .21 ตุลาคม 2565 .
Cavity, Buffner. “เซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อทั้งหมด ออกแบบมาเพื่อการตรวจวัดสุขภาพแบบสวมใส่” AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (ข้อมูล ณ วันที่ 21 ตุลาคม 2565)
Cavity, Buffner. 2022. เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบผ้าทั้งหมด ออกแบบมาเพื่อการตรวจวัดสุขภาพแบบสวมใส่ได้ AZoNano, เข้าถึงเมื่อ 21 ตุลาคม 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ AZoNano ได้พูดคุยกับศาสตราจารย์ André Nel เกี่ยวกับการศึกษาเชิงนวัตกรรมที่เขามีส่วนร่วม ซึ่งอธิบายถึงการพัฒนานาโนพาหะ "ฟองแก้ว" ที่สามารถช่วยให้ยาเข้าสู่เซลล์มะเร็งตับอ่อนได้
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ AZoNano ได้พูดคุยกับ King Kong Lee จาก UC Berkeley เกี่ยวกับเทคโนโลยีแหนบออปติกที่ได้รับรางวัลโนเบลของเขา
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ เราพูดคุยกับ SkyWater Technology เกี่ยวกับสถานะของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ นาโนเทคโนโลยีมีส่วนช่วยในการกำหนดทิศทางของอุตสาหกรรมอย่างไร และความร่วมมือใหม่ของพวกเขา
Inoveno PE-550 เป็นเครื่องปั่นด้าย/พ่นเส้นใยนาโนแบบต่อเนื่องที่ขายดีที่สุด
เครื่องมือจัดทำแผนที่ความต้านทานแผ่นขั้นสูงของ Filmetrics R54 สำหรับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์และคอมโพสิต