เราใช้คุกกี้เพื่อปรับปรุงประสบการณ์ของคุณ โดยการเรียกดูไซต์นี้ต่อไป แสดงว่าคุณยอมรับให้เราใช้คุกกี้ ข้อมูลเพิ่มเติม
เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบสวมใส่ช่วยตรวจสอบสุขภาพของมนุษย์และรับรู้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ได้ ปัจจุบันมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการสร้างเซ็นเซอร์วัดแรงดันที่มีการออกแบบอุปกรณ์สากลและมีความไวสูงต่อความเครียดเชิงกล
การศึกษาวิจัย: เครื่องแปลงสัญญาณแรงดันพีโซอิเล็กทริกสำหรับสิ่งทอที่ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทอโดยใช้เส้นใยนาโนโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์แบบอิเล็กโตรสปันพร้อมหัวฉีด 50 หัว เครดิตภาพ: African Studio/Shutterstock.com
บทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร npj Flexible Electronics รายงานเกี่ยวกับการผลิตเครื่องแปลงสัญญาณแรงดันเพียโซอิเล็กทริกสำหรับผ้าโดยใช้เส้นด้ายยืนโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) และเส้นด้ายพุ่งโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์วัดแรงดันที่พัฒนาขึ้นในความสัมพันธ์กับการวัดแรงดันตามรูปแบบการทอได้รับการสาธิตบนมาตราส่วนผ้าประมาณ 2 เมตร
ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความไวของเซ็นเซอร์วัดแรงกดที่ปรับให้เหมาะสมโดยใช้การออกแบบแคนาร์ด 2/2 สูงกว่าการออกแบบแคนาร์ด 1/1 ถึง 245% นอกจากนี้ ยังมีการใช้อินพุตต่างๆ เพื่อประเมินประสิทธิภาพของผ้าที่ปรับให้เหมาะสม รวมถึงการงอ การบีบ การยับ การบิด และการเคลื่อนไหวต่างๆ ของมนุษย์ ในงานนี้ เซ็นเซอร์วัดแรงกดที่ใช้เนื้อเยื่อพร้อมอาร์เรย์พิกเซลของเซ็นเซอร์แสดงลักษณะการรับรู้ที่เสถียรและความไวสูง
ข้าว 1. การเตรียมเส้นด้าย PVDF และผ้าเอนกประสงค์ แผนผังกระบวนการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้า 50 หัวฉีดที่ใช้ในการผลิตแผ่นเส้นใยนาโน PVDF ที่เรียงกัน โดยวางแท่งทองแดงขนานกันบนสายพานลำเลียง และขั้นตอนต่างๆ ได้แก่ การเตรียมโครงสร้างถักสามโครงสร้างจากเส้นใยโมโนฟิลาเมนต์สี่ชั้น b ภาพ SEM และการกระจายเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย PVDF ที่เรียงกัน c ภาพ SEM ของเส้นด้ายสี่ชั้น d ความแข็งแรงแรงดึงและความเครียดเมื่อขาดของเส้นด้ายสี่ชั้นเป็นฟังก์ชันของการบิด e รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของเส้นด้ายสี่ชั้นแสดงการมีอยู่ของเฟสอัลฟ่าและเบตา © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R และคณะ (2022)
การพัฒนาอย่างรวดเร็วของหุ่นยนต์อัจฉริยะและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ทำให้เกิดอุปกรณ์ใหม่ๆ มากมายที่ใช้เซ็นเซอร์วัดความดันแบบยืดหยุ่น และการประยุกต์ใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรม และการแพทย์ก็พัฒนาอย่างรวดเร็ว
พีโซอิเล็กทริกเป็นประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนวัสดุที่อยู่ภายใต้แรงกดทางกล พีโซอิเล็กทริกในวัสดุที่ไม่สมมาตรทำให้เกิดความสัมพันธ์เชิงเส้นแบบกลับได้ระหว่างแรงกดทางกลและประจุไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อวัสดุพีโซอิเล็กทริกชิ้นหนึ่งถูกเปลี่ยนรูปทางกายภาพ ก็จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้น และในทางกลับกัน
อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกสามารถใช้แหล่งพลังงานกลอิสระเพื่อจัดหาแหล่งพลังงานทางเลือกสำหรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานน้อย ประเภทของวัสดุและโครงสร้างของอุปกรณ์เป็นพารามิเตอร์หลักสำหรับการผลิตอุปกรณ์สัมผัสโดยใช้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากล นอกจากวัสดุอนินทรีย์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงแล้ว ยังมีการสำรวจวัสดุอินทรีย์ที่มีความยืดหยุ่นทางกลในอุปกรณ์สวมใส่ด้วย
พอลิเมอร์ที่แปรรูปเป็นเส้นใยนาโนด้วยวิธีอิเล็กโตรสปินนิงนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้า เส้นใยนาโนพอลิเมอร์ไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกช่วยให้สร้างโครงสร้างการออกแบบบนเนื้อผ้าสำหรับการใช้งานที่สวมใส่ได้ โดยให้การผลิตไฟฟ้ากลโดยอาศัยความยืดหยุ่นเชิงกลในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
เพื่อจุดประสงค์นี้ โพลิเมอร์เพียโซอิเล็กทริกจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย รวมถึง PVDF และอนุพันธ์ ซึ่งมีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกที่แข็งแกร่ง เส้นใย PVDF เหล่านี้จะถูกดึงและปั่นเป็นเนื้อผ้าสำหรับการใช้งานเพียโซอิเล็กทริก รวมถึงเซ็นเซอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
รูปที่ 2 เนื้อเยื่อพื้นที่ขนาดใหญ่และคุณสมบัติทางกายภาพของเนื้อเยื่อ ภาพถ่ายของรูปแบบผ้าลายซี่โครงพุ่ง 2/2 ขนาดใหญ่ถึง 195 ซม. x 50 ซม. b ภาพ SEM ของรูปแบบผ้าลายพุ่ง 2/2 ประกอบด้วยผ้าลาย PVDF หนึ่งผืนสลับกับฐาน PET สองผืน c โมดูลัสและความเครียดที่ขาดในผ้าต่างๆ ที่มีขอบผ้าลายพุ่ง 1/1, 2/2 และ 3/3 d คือมุมแขวนที่วัดได้สำหรับผ้า © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
ในงานนี้ เครื่องกำเนิดผ้าที่ใช้เส้นใยนาโน PVDF ถูกสร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการปั่นใยไฟฟ้าแบบต่อเนื่องด้วยหัวฉีด 50 หัว ซึ่งการใช้หัวฉีด 50 หัวช่วยให้ผลิตแผ่นใยนาโนได้โดยใช้สายพานลำเลียงแบบหมุน โครงสร้างการทอต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เส้นด้าย PET รวมถึงซี่โครงพุ่ง 1/1 (ธรรมดา) 2/2 และ 3/3
งานก่อนหน้านี้รายงานการใช้ทองแดงเพื่อจัดตำแหน่งเส้นใยในรูปแบบของสายทองแดงที่เรียงกันบนดรัมเก็บเส้นใย อย่างไรก็ตาม งานปัจจุบันประกอบด้วยแท่งทองแดงขนานที่เว้นระยะห่างกัน 1.5 ซม. บนสายพานลำเลียงเพื่อช่วยจัดตำแหน่งแกนปั่นใยตามปฏิสัมพันธ์ไฟฟ้าสถิตระหว่างเส้นใยที่มีประจุไฟฟ้าที่เข้ามาและประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของเส้นใยที่ติดอยู่กับเส้นใยทองแดง
เซ็นเซอร์วัดแรงดันเนื้อเยื่อที่เสนอในเอกสารฉบับนี้ตอบสนองต่อแรงอินพุตในช่วงกว้างตั้งแต่ 0.02 ถึง 694 นิวตัน ซึ่งต่างจากเซ็นเซอร์วัดแรงดันผ้าที่เสนอไว้ก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์วัดแรงดันผ้าที่เสนอไว้ยังคงรักษาแรงอินพุตเดิมไว้ได้ 81.3% หลังจากซักมาตรฐาน 5 ครั้ง ซึ่งบ่งบอกถึงความทนทานของเซ็นเซอร์วัดแรงดัน
นอกจากนี้ค่าความไวในการประเมินผลแรงดันและกระแสไฟฟ้าสำหรับการถักแบบซี่โครง 1/1, 2/2 และ 3/3 แสดงความไวของแรงดันไฟฟ้าสูงที่ 83 และ 36 mV/N ต่อแรงกดบนซี่โครง 2/2 และ 3/3 เซ็นเซอร์เส้นพุ่ง 3 ตัวแสดงความไวที่สูงกว่า 245% และ 50% ตามลำดับ สำหรับเซ็นเซอร์แรงดันเหล่านี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์แรงดันเส้นพุ่ง 24 mV/N 1/1
ข้าว 3. การขยายการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์วัดแรงกดผ้าเต็มผืน ตัวอย่างเซ็นเซอร์วัดแรงกดพื้นรองเท้าที่ทำจากผ้าซี่โครงทอ 2/2 สอดไว้ใต้ขั้วไฟฟ้ากลม 2 อัน เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวของปลายเท้า (ใต้ปลายเท้า) และส้นเท้า ข. การแสดงภาพแผนผังของแต่ละขั้นตอนในแต่ละขั้นตอนในการเดิน ได้แก่ การลงส้นเท้า การลงพื้น การสัมผัสปลายเท้า และการยกขา ค. สัญญาณเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าตอบสนองต่อแต่ละส่วนของขั้นตอนการเดินเพื่อวิเคราะห์การเดิน และ ง. สัญญาณไฟฟ้าขยายที่เกี่ยวข้องกับแต่ละขั้นตอนของการเดิน จ. แผนผังของเซ็นเซอร์วัดแรงกดเนื้อเยื่อเต็มผืนที่มีเซลล์พิกเซลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าสูงสุด 12 เซลล์พร้อมเส้นนำไฟฟ้าที่ออกแบบเพื่อตรวจจับสัญญาณแต่ละสัญญาณจากแต่ละพิกเซล ฉ. แผนที่ 3 มิติของสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยการกดนิ้วบนแต่ละพิกเซล ฉ. ตรวจจับสัญญาณไฟฟ้าได้เฉพาะในพิกเซลที่กดนิ้วเท่านั้น และไม่มีสัญญาณข้างเคียงเกิดขึ้นในพิกเซลอื่น ซึ่งยืนยันว่าไม่มีสัญญาณรบกวน © คิม, ดีบี, ฮัน, เจ., ซุง, เอสเอ็ม, คิม, เอ็มเอส, ชเว, บีเค, ปาร์ค, เอสเจ, ฮอง, เอช. อาร์ และคณะ (2022)
โดยสรุป การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นเซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อที่มีความไวสูงและสวมใส่ได้ซึ่งรวมเส้นใยพีโซอิเล็กทริกนาโนไฟเบอร์ PVDF เซ็นเซอร์วัดความดันที่ผลิตขึ้นมีช่วงแรงป้อนเข้าที่กว้างตั้งแต่ 0.02 ถึง 694 นิวตัน
เครื่องปั่นด้ายไฟฟ้าต้นแบบหนึ่งเครื่องได้ใช้หัวฉีด 50 หัว และผลิตแผ่นใยนาโนแบบต่อเนื่องโดยใช้สายพานลำเลียงแบบแบตช์ที่ใช้แท่งทองแดง ภายใต้แรงอัดเป็นระยะๆ ผ้าชายพุ่ง 2/2 ที่ผลิตขึ้นมีความไว 83 mV/N ซึ่งสูงกว่าผ้าชายพุ่ง 1/1 ประมาณ 245%
เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบทอทั้งหมดที่เสนอจะตรวจสอบสัญญาณไฟฟ้าโดยทำให้เซ็นเซอร์สัมผัสกับการเคลื่อนไหวทางสรีรวิทยาต่างๆ เช่น การบิด การโค้งงอ การบีบ การวิ่ง และการเดิน นอกจากนี้ มาตรวัดแรงดันผ้าเหล่านี้ยังเทียบได้กับผ้าทั่วไปในแง่ของความทนทาน โดยยังคงรักษาผลผลิตเดิมไว้ได้ประมาณ 81.3% แม้จะซักตามมาตรฐาน 5 ครั้ง นอกจากนี้ เซ็นเซอร์เนื้อเยื่อที่ผลิตขึ้นยังมีประสิทธิภาพในระบบการดูแลสุขภาพด้วยการสร้างสัญญาณไฟฟ้าตามช่วงต่อเนื่องของการเดินของบุคคล
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR และคณะ (2022). เซ็นเซอร์วัดแรงดันผ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกจากเส้นใยนาโนโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์แบบอิเล็กโตรสปันที่มีหัวฉีด 50 หัว ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทอ อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: มุมมองที่แสดงที่นี่เป็นของผู้เขียนในฐานะส่วนบุคคลและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของ AZoM.com Limited T/A AZoNetwork เจ้าของและผู้ดำเนินการเว็บไซต์นี้ ข้อจำกัดความรับผิดชอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดการใช้งานเว็บไซต์นี้
Bhavna Kaveti เป็นนักเขียนด้านวิทยาศาสตร์จากเมืองไฮเดอราบาด ประเทศอินเดีย เธอสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทและปริญญาเอกจากสถาบันเทคโนโลยีเวลลอร์ ประเทศอินเดีย สาขาเคมีอินทรีย์และเคมีทางการแพทย์จากมหาวิทยาลัยกัวนาฮัวโต ประเทศเม็กซิโก งานวิจัยของเธอเกี่ยวข้องกับการพัฒนาและสังเคราะห์โมเลกุลชีวภาพจากเฮเทอโรไซเคิล และเธอมีประสบการณ์ในการสังเคราะห์หลายขั้นตอนและหลายส่วนประกอบ ในระหว่างการวิจัยระดับปริญญาเอก เธอทำงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์โมเลกุลเปปไทโดมิเมติกที่ยึดและหลอมรวมกันจากเฮเทอโรไซเคิลต่างๆ ซึ่งคาดว่าจะมีศักยภาพในการทำให้กิจกรรมทางชีวภาพมีการทำงานมากขึ้น ในขณะที่เขียนวิทยานิพนธ์และเอกสารวิจัย เธอได้สำรวจความหลงใหลในการเขียนและการสื่อสารทางวิทยาศาสตร์
Cavity, Buffner. (11 สิงหาคม 2022) เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบผ้าทั้งตัวที่ออกแบบมาสำหรับการติดตามสุขภาพแบบสวมใส่ AZonano. ดึงข้อมูลเมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2022 จาก https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544
Cavity, Buffner “เซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อทั้งหมดที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการติดตามสุขภาพแบบสวมใส่” AZonano21 ตุลาคม 2565.21 ตุลาคม 2565.
Cavity, Buffner. “เซ็นเซอร์วัดความดันเนื้อเยื่อทั้งหมดที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการติดตามสุขภาพแบบสวมใส่” AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544 (ข้อมูล ณ วันที่ 21 ตุลาคม 2022)
Cavity, Buffner. 2022. เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบผ้าทั้งหมดออกแบบมาเพื่อการติดตามสุขภาพแบบสวมใส่ได้ AZoNano, เข้าถึงเมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ AZoNano ได้พูดคุยกับศาสตราจารย์ André Nel เกี่ยวกับการศึกษาวิจัยเชิงนวัตกรรมที่เขามีส่วนร่วม ซึ่งอธิบายถึงการพัฒนานาโนแคริเออร์ “ฟองแก้ว” ที่สามารถช่วยให้ยาเข้าสู่เซลล์มะเร็งตับอ่อนได้
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ AZoNano ได้พูดคุยกับ King Kong Lee จาก UC Berkeley เกี่ยวกับเทคโนโลยีที่ได้รับรางวัลโนเบลของเขา นั่นก็คือแหนบออปติคอล
ในการสัมภาษณ์ครั้งนี้ เราพูดคุยกับ SkyWater Technology เกี่ยวกับสถานะของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ นาโนเทคโนโลยีมีส่วนช่วยในการกำหนดทิศทางของอุตสาหกรรมอย่างไร และความร่วมมือใหม่ของพวกเขา
Inoveno PE-550 คือเครื่องปั่นใยนาโนแบบต่อเนื่องที่ขายดีที่สุด
เครื่องมือสร้างแผนที่ความต้านทานแผ่นขั้นสูงของ Filmetrics R54 สำหรับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์และคอมโพสิต