Aanraakgevoelige handschoen voelt de druk

Nieuwe sensoren van MIT detecteren kleine en snelle drukveranderingen aan de vingertop. Wanneer ze op een zijden handschoen worden geplaatst, helpen de noppenachtige componenten om een ​​waardevol beeld voor artsen te creëren.

De uitvinders van de zeer goed afgestemde sensoren, die lichte trillingen over de huid opvangen, bieden specifieke drukkaarten die patiënten op een dag kunnen ondersteunen met een scala aan hulp, van eenvoudige hartslagbewaking tot het complexe herstel van motorische functies.

Het in Cambridge, MA gevestigde team overweegt de druksensoren niet alleen in tactiele handschoenen te integreren, maar ook in flexibele kleefstoffen om hartslag, bloeddruk en andere vitale functies te volgen.

"De eenvoud en betrouwbaarheid van onze detectiestructuur is veelbelovend voor een verscheidenheid aan toepassingen in de gezondheidszorg, zoals pulsdetectie en het herstellen van het zintuiglijke vermogen bij patiënten met tactiele disfunctie," zei Nicholas Fang , hoogleraar werktuigbouwkunde aan het MIT, in een recent persbericht.

Een drukkaart maken

De MIT-onderzoekers bekleedden de binnenkant van een handschoen met kleine detectoren ter grootte van een korrel, ontworpen om subtiele drukveranderingen in kaart te brengen. De handschoen genereerde specifieke druklay-outs of kaarten, afhankelijk van het vastgehouden object.

De sensor-handschoen registreerde bijvoorbeeld drukverschillen tussen een vastgegrepen ballon en een beker. Het vasthouden van een ballon produceerde een relatief gelijkmatig druksignaal over de hele handpalm, terwijl het vastpakken van een beker een sterkere druk op de vingertoppen veroorzaakte.

Het team is van plan de handschoen te gebruiken om drukpatronen te identificeren voor andere taken, zoals schrijven met een pen en het hanteren van andere huishoudelijke voorwerpen. De tactiele hulpmiddelen kunnen op een dag patiënten met motorische disfunctie helpen om hun handvaardigheid en grip te kalibreren en te versterken, aldus prof. Fang.

"Sommige fijne motoriek vereist niet alleen dat je weet hoe je met voorwerpen moet omgaan, maar ook hoeveel kracht er moet worden uitgeoefend", zei prof. Fang. "Deze handschoen zou ons nauwkeurigere metingen kunnen geven van de grijpkracht voor controlegroepen versus patiënten die herstellen van een beroerte of andere neurologische aandoeningen."

Fang en zijn collega's beschrijven hun resultaten in een onderzoek van Nature Communications . De co-auteurs van de studie zijn Huifeng Du en Liu Wang van het MIT, samen met de groep van professor Chuanfei Guo aan de Southern University of Science and Technology (SUSTech) in China.

De kleine dingen voelen

De tactiele sensoren verwisselen de conventionele diëlektrische laag voor een verrassend, natuurlijk ingrediënt:menselijk zweet. Zweet bevat natrium- en chloride-ionen, die zich ophopen en de kracht hebben om de capaciteit te veranderen tussen twee dunne, platte elektroden die op de huid zijn geplaatst.

Het MIT-team verhoogde de gevoeligheid van de detectie-elektrode door een aantal kleine, buigzame, geleidende haartjes toe te voegen. De dunne detectie-elektroden ter grootte van een korrel zijn in feite bekleed met duizenden van deze gouden microscopisch kleine filamenten, of "micropilaren".

In hun onderzoek toonden Fang en de uitvinders aan dat de sensoren nauwkeurig konden meten in welke mate groepen micropilaren buigen als reactie op verschillende krachten en drukken.

Wanneer er bijvoorbeeld druk wordt uitgeoefend op een hoek van de elektrode, buigen de haren in dat specifieke gebied als reactie en verzamelen ionen uit de huid; de mate en locatie van de ionen kan dan nauwkeurig worden gemeten en in kaart worden gebracht.

De sensoren konden subtiele fasen in de hartslag van de persoon oppikken, zoals verschillende pieken in dezelfde cyclus.

"Puls is een mechanische trilling die ook vervorming van de huid kan veroorzaken, die we niet kunnen voelen, maar de pilaren kunnen opvangen," zei Fang.

In een korte Q&A met Tech Briefs hieronder legt Fang meer uit over de mogelijkheden van een drukkaart, die verder gaat dan alleen pulsen.

Tech Briefs :Wat is de meest opwindende toepassing of toepassingsgebied die u voor ogen heeft voor deze technologie? Waarom is deze handschoen zo belangrijk, denk je?

Prof. Nicholas Fang :We voorzien dat de integratie van high-fidelity haptische feedback in stoffen en textiel nieuwe toepassingen voor medische en gezondheidszorgapparatuur zal openen, zoals het herstellen van het zintuiglijke vermogen bij patiënten met tactiele dysfunctie, en het kan ook VR/AR-gaming en training mogelijk maken.

Tech Briefs :Waarom is het maken van een drukkaart zo belangrijk? Wat kun je doen met een drukkaart als je die eenmaal hebt?

Prof. Nicholas Fang :Ik denk dat de drukkaart met hoge resolutie, gemeten door een slimme handschoen, die ongevoelig is voor bewegingsartefacten, een nauwkeurigere beoordeling kan geven van de motoriek van de handen en vingers voor point-of0care-toepassingen. Onze handschoen biedt de mogelijkheid om de hand- en vingervaardigheid constant te controleren [tijdens activiteiten], zoals puzzels maken, kralen sorteren, kaarten vouwen, bordspellen spelen of schoenveters strikken.

Meer sensoren op technische briefing

Een robotgravervinger van MIT gebruikt tactiele detectie om ondergrondse objecten te identificeren.

Een 'zelfbewust', zelfaandrijvend detectiemateriaal kan worden gebruikt in hartstents, bruggen en zelfs in de ruimte.

Een draagbare sensor detecteert giftige gassen met een hologram.

Tech Briefs :Wat inspireerde je om te voelen met zweet? Wat zijn de voor- en nadelen van het gebruik van zweet?

Prof. Nicholas Fang :Voor alle duidelijkheid:er is slechts een minimale hoeveelheid zweet op een natuurlijk gehydrateerde huid nodig om onze handschoen te laten werken, en dit wordt bevredigd door onze huid onder fysiologische conditie.

Bij ons sensorontwerp werden we geïnspireerd door twee ideeën.

Een daarvan zijn de langhaarsensoren die worden aangetroffen op insecten, zoals zwervende spinnen, die een verbazingwekkende tastzin en grondtrillingen hebben.

Een ander voorbeeld is de opstelling van elektroden op de huid die algemeen wordt toegepast in de gezondheidszorg, en onze innovatie hier is het benutten van de voorgeschreven vervorming van koolstofdoek, elektrostatisch gevlokte PET-pijlers [polyethyleentereftalaat] die in contact staan ​​met de gehydrateerde huid, en deze gevlokte PET micropilaren fungeren als druksensoren met een uitstekende gevoeligheid voor subtiele verandering van uitgeoefende kracht.

Tech Briefs :Waar ga je nu aan werken met deze handschoen?

Prof. Nicholas Fang :Vervolgens evalueren we de perceptie van de textuur van verschillende materialen op de slimme handschoen, zodat ze de menselijke tastzin die belangrijk is voor het grijpen en manipuleren van kleine voorwerpen verder kunnen versterken.

Wat denk je? Deel uw vragen en opmerkingen hieronder.