بشرة إلكترونية لاسلكية خالية من الرقائق لمراقبة الصحة
|
| يستشعر الجهاز الإشارات وينقلها لاسلكيًا بدون رقائق أو بطاريات كبيرة الحجم. |
يمكنك حتى اكتشاف الجلوكوز المرتبط بمستويات التوتر من خلال مستشعر الجلد الإلكتروني اللاسلكي متعدد الاستخدامات.
في تطور هام ، طور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) فئة جديدة من أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي يمكن ارتداؤها والتي تشبه الجلد لمراقبة الصحة التي لا تتطلب بطاريات أو معالجًا داخليًا.
تصميم المستشعر الذي صممه الفريق هو شكل من أشكال الجلد الإلكتروني ، أو الجلد الإلكتروني - وهو فيلم مرن وشبه موصل يتوافق مع الجلد مثل شريط سكوتش إلكتروني ، وفقًا لبيان صحفي نشره معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
قال Yeongin Kim ، مؤلف الدراسة الأول ، إذا كان هناك أي تغيير في النبض ، أو المواد الكيميائية في العرق ، أو حتى التعرض للأشعة فوق البنفسجية للجلد ، فإن كل هذا النشاط يمكن أن يغير نمط الموجات الصوتية السطحية على فيلم نيتريد الغاليوم. باحث ما بعد الدكتوراة سابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
وأضاف كيم ، الذي يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة سينسيناتي ، إن حساسية فيلمنا عالية جدًا بحيث يمكنه اكتشاف هذه التغييرات.
تتيح التكنولوجيا اللاسلكية إمكانية توصيل ضغط دم الشخص ومعدل ضربات القلب ومستويات الجلوكوز ومستويات النشاط بسهولة من المستشعر إلى الهاتف الذكي لإجراء تحليل إضافي ، مما يجعل أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء شائعة بشكل لا يصدق.
تتواصل غالبية المستشعرات اللاسلكية حاليًا باستخدام شرائح Bluetooth المضمنة ، والتي يتم تشغيلها بواسطة بطاريات صغيرة.
كيف يعمل المستشعر الجديد؟
نيتريد الغاليوم ، مادة معروفة بقدراتها الكهروإجهادية ، والتي تسمح لها بإصدار إشارة كهربائية كرد فعل على الإجهاد الميكانيكي والاهتزاز ميكانيكيًا استجابة لنبض كهربائي ، وتشكل جوهر المستشعر على شكل فيلم رقيق للغاية وعالي الجودة .
اكتشف الباحثون أنه يمكنهم استخدام خصائص كهرضغطية ثنائية الاتجاه لنتريد الغاليوم للاستشعار والنقل اللاسلكي في نفس الوقت.
ابتكر العلماء عينات نقية أحادية البلورة من نيتريد الغاليوم ، قاموا بدمجها مع طبقة موصلة من الذهب لتعزيز أي إشارة كهربائية واردة أو صادرة.
أظهروا أن المادة يمكن أن تهتز استجابةً لضربات قلب الشخص والملح في عرقه وأن الاهتزازات تنتج إشارة كهربائية يمكن تفسيرها بواسطة جهاز استقبال قريب. سمح ذلك للجهاز بتوصيل بيانات المستشعر بدون شريحة أو بطارية لاسلكيًا.
قال المؤلف المشارك للدراسة ، جيهوان كيم ، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية: تتطلب الرقائق الكثير من الطاقة ، لكن أجهزتنا يمكن أن تجعل النظام خفيفًا للغاية دون الحاجة إلى أي رقائق متعطشة للطاقة.
أضاف كيم ، وهو أيضًا باحث رئيسي في مختبر الأبحاث بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: يمكنك وضعه على جسمك مثل ضمادة ، وإقرانه بقارئ لاسلكي على هاتفك المحمول ، يمكنك مراقبة نبضك وعرقك والإشارات البيولوجية الأخرى لاسلكيًا. الالكترونيات.
بشرة إلكترونية متعددة الاستخدامات
تم نزع مادة كهرضغطية حساسة للغاية في حالتها النقية الخالية من العيوب بعيدًا عن الألواح أحادية البلورة الرقيقة للغاية في أحدث عمل بواسطة المهندسين باستخدام طريقة كيم القديمة.
يمكن للمادة الكهروإجهادية أن تحول في نفس الوقت الاهتزاز أو التردد الرنيني المتأصل لجهاز الاستشعار القائم على نيتريد الغاليوم المرتبط بالجلد في إشارة كهربائية ، يمكن لجهاز الاستقبال اللاسلكي اكتشاف ترددها.
ستتغير الإشارة الكهربائية التي يوفرها المستشعر تلقائيًا للمستقبل إذا تغيرت ظروف الجلد ، مثل تسارع معدل ضربات القلب.
ابتكر العلماء طبقة صغيرة من نيتريد الغاليوم النقي عالي الجودة. لقد اعتبروا نيتريد الغاليوم والذهب مثالاً على الجلد الإلكتروني لأنه لا يتجاوز سمكه 250 نانومتر ، أو أرق 100 مرة من عرض شعرة الإنسان.
قاموا بربط الجلد الإلكتروني الجديد بمعصمي وأعناق المتطوعين واستخدموا هوائيًا صغيرًا بالقرب منهم لتسجيل تردد المستشعر لاسلكيًا دون لمس المستشعر نفسه.
يمكن للجهاز أن يكتشف وينقل لاسلكيًا الاختلافات في الموجات الصوتية السطحية لنتريد الغاليوم على جلد المشاركين التي ارتبطت بمعدلات ضربات القلب.
وفقًا للباحثين ، تمثل النتائج الخطوة الأولى نحو مستشعرات لاسلكية خالية من الشرائح. ويعتقدون أيضًا أنه يمكن استخدام التكنولوجيا الحالية جنبًا إلى جنب مع أغشية انتقائية أخرى لتتبع مؤشرات مهمة إضافية.
قال جون مين سوه ، مؤلف مشارك في الدراسة وباحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: لقد أظهرنا استشعار الصوديوم ، ولكن إذا قمت بتغيير غشاء الاستشعار ، يمكنك اكتشاف أي مؤشر حيوي مستهدف ، مثل الجلوكوز أو الكورتيزول المرتبط بمستويات التوتر.
إنها منصة متعددة الاستخدامات تمامًا.
الملخص:
أدت التطورات الحديثة في الإلكترونيات المرنة والمطاطة إلى زيادة في منصات المراقبة الصحية القائمة على الجلد الإلكتروني. تعتمد الأسطح الإلكترونية اللاسلكية التقليدية على شرائح دوائر متكاملة صلبة تقلل من المرونة الكلية وتستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة. تقتصر الأسطح الإلكترونية اللاسلكية الخالية من الشرائح على رنانات مكثف الحث على المستشعرات الميكانيكية ذات الحساسية المنخفضة. لقد أبلغنا عن بشرة إلكترونية لاسلكية خالية من الرقائق تعتمد على مستشعرات الموجات الصوتية السطحية المصنوعة من أغشية نيتريد الغاليوم الكهروإجهادية أحادية البلورة فائقة الرقة. يوفر الجلد الإلكتروني المستند إلى الموجات الصوتية السطحية حساسًا عاليًا وقوة منخفضة واستشعارًا طويل الأمد للإجهاد والأشعة فوق البنفسجية وتركيزات الأيونات في العرق. نظهر مراقبة النبض لمدة أسبوع. تقدم هذه النتائج طرقًا إلى طاقة منخفضة غير مكلفة ومتعددة الاستخدامات
تعليقات
إرسال تعليق