MIT Ingenieurs Ontwikkelen Hoog-Precisie Tastende Handschoen voor Medische Diagnostiek

Nieuwe sensoren van MIT detecteren kleine en snelle drukveranderingen aan de vingertop. Wanneer op een zijde handschoen geplaatst, helpen de stift-achtige componenten om een waardevol plaatje voor dokters te creëren.

De uitvinders van de hoog-gefineerde sensoren, die lichte trillingen over de huid oppikken, leveren specifieke drukkaarten die ooit patiënten met een reeks hulp kunnen ondersteunen, van simpele polsmonitoring tot de complexe herstel van motorische functies.

Het Cambridge, MA-gebaseerde team ziet vooruit de druk sensoren niet alleen in tastende handschoenen te integreren maar ook in flexibele hechtmiddelen om hartslag, bloeddruk, en andere vitale tekenen te tracken.

"De eenvoud en betrouwbaarheid van onze sensoriestructuur belooft veel voor een diversiteit van gezondheidszorgtoepassingen, zoals polsdetectie en het herstellen van de zintuigende capaciteit in patiënten met tactiele dysfunction," zei Nicholas Fang, professor mechanische engineering aan MIT, in een recente persbericht.

Hoe Een Drukkaart Te Maken

De MIT onderzoekers voerden de binnenkant van een handschoen met de kleine, pit-grote detectoren die ontworpen zijn om subtiele veranderingen in druk te karteren. De handschoen genereerde specifieke druk lay-outs, of kaarten, afhankelijk van het vastgehouden object.

De sensor-handschoen registreerde drukverschillen tussen een vastgehouden ballon en een bekerglas, bijvoorbeeld. Een ballon vasthouden produceerde een relatief gelijkmatig druksignaal over de hele palm, terwijl een bekerglas vasthouden sterkere druk aan de vingertoppen creëerde.

Het team plannet de handschoen te gebruiken om drukpatronen voor andere taken te identificeren, zoals schrijven met een pen en het hanteren van andere huishoudelijke objecten. De tactiele hulpmiddelen kunnen ooit patiënten met motorische dysfunction helpen om hun handvaardigheid en greep te calibreren en versterken, volgens Prof. Fang.

"Sommige fijn motorische vaardigheden vereisen niet alleen te weten hoe objecten te hanteren, maar ook hoeveel kracht uitgeoefend moet worden," zei Prof. Fang. "Deze handschoen kan ons nauwkeurigere metingen van grijpkracht leveren voor controle groepen versus patiënten die herstellen van een beroerte of andere neurologische aandoeningen."

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

De Kleine Dingen Zintuigen

De tactiele sensoren ruilen de conventionele dielectrische laag uit voor een verrassend, natuurlijk ingrediënt: menselijk zweet. Zweet bevat natrium en chloride ionen, die accumuleren en de kracht hebben om de capaciteit tussen twee dunne, plate elektrodes geplaatst op de huid te veranderen.

Het MIT team verhoogde de gevoeligheid van de sensor elektrode door een bos kleine, buigzame, geleidende haren toe te voegen. De dunne, pit-grote sensor elektrodes zijn in feite voorzien van duizenden van deze gouden microscopische filamenten, of "micropillars."

In hun studie demonstreerden Fang en de uitvinders dat de sensoren de graad nauwkeurig konden meten waartoe groepen micropillars buigden in reactie op diverse krachten en drukken.

Wanneer druk wordt toegepast op, zeg, een hoek van de elektrode, buigen de haren in die specifieke regio in reactie, en accumuleren ionen van de huid; de graad en locatie van de ionen kan dan precies gemeten en gekarteerd worden.

De sensoren waren in staat om subtiele fasen in de pols van de persoon op te pikken, zoals verschillende pieken in dezelfde cyclus.

"Pols is een mechanische trilling die ook deformatie van de huid kan veroorzaken, wat we niet kunnen voelen, maar de pilaren kunnen oppikken," zei Fang.

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

Tech Briefs: Wat is de meest spannende toepassing of toepassingsgebied die u voor deze technologie voorziet? Waarom is deze handschoen zo belangrijk, denkt u?

Prof. Nicholas Fang: We zien vooruit dat integratie van hoge-fideliteit haptische feedback in stoffen en textielen nieuwe medische en gezondheidszorg apparaattoepassingen zal openen, zoals het herstellen van de zintuigende capaciteit in patiënten met tactiele dysfunction, 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 met een drukkaart als je er een hebt?

Prof. Nicholas Fang: Ik denk dat de hoge-resolutie drukkaart gemeten door een slimme handschoen, die ongevoelig is voor bewegingsartefacten, een nauwkeurigere beoordeling kan bieden van de motorische vaardigheden van de handen en vingers voor point-of-care toepassingen. Onze handschoen opent de mogelijkheid voor constante monitoring van hand- en vingerdestrechtigheid [tijdens activiteiten], zoals puzzels samenstellen, kralen sorteren, kaarten vouwen, bordspellen spelen, of shoelaces binden.

Meer Sensoren op Tech Briefs

Een robotische graafvinger van MIT gebruikt tactiele zintuiging om objecten ondergronds te identificeren.

Een "zelf-bewuste," zelf-energievoorzienende sensorisch materiaal kan gebruikt worden in hartstents, bruggen, en zelfs de ruimte.

Een draagbare sensor detecteert giftige gassen, met een hologram.

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

Prof. Nicholas Fang: Om te verduidelijken, alleen een minimaal bedrag zweet op natuurlijk gehydrateerde huid is nodig voor onze handschoen om te werken, en dit wordt voldaan door onze huid onder fysiologische condities.

Op ons sensorontwerp, werden we geïnspireerd door twee ideeën.

Eén is de lange haar sensoren gevonden op insecten, zoals dwalende spinneween die een verbazingwekkend tastzin en grondtrilling hebben.

Een ander is op de elektrodes-op-huid opstelling wijd toegepast in gezondheidszorg, en onze innovatie hier is om de voorgeschreven deformatie van koolstofstof, elektrostatisch gevloekte PET [polyethyleen tereftalaat] pilaren die in conformaal contact zijn met gehydrateerde huid, te benutten, en deze gevloekte PET micropillars fungeren als druksensoren met uitstekende gevoeligheid voor subtiele veranderingen van toegepaste kracht.

Tech Briefs: Waar ga je volgende met deze handschoen werken?

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

Wat denk je? Deel je vragen en opmerkingen hieronder.