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I sensori di pressione portabili ponu aiutà à monitorà a salute umana è à realizà l'interazzione umanu-urdinatore.I sforzi sò in corso per creà sensori di pressione cun un disignu universale di u dispositivu è alta sensibilità à u stress meccanicu.
Studiu: Trasduttore di pressione piezoelettrica tessili dipendente di u mudellu di tessitura basatu in nanofibre di fluoruru di polyvinylidene electrospun cù ugelli 50.Creditu di l'Image: African Studio/Shutterstock.com
Un articulu publicatu in a rivista npj Flexible Electronics riporta nantu à a fabricazione di trasduttori di pressione piezoelettrica per i tessuti chì utilizanu filati di urdimentu di polietilene tereftalato (PET) è filati di trama di fluoruru di polivinilidene (PVDF).A prestazione di u sensoru di pressione sviluppatu in relazione à a misurazione di pressione basata nantu à u mudellu di tessitura hè dimustrata nantu à una scala di tela di circa 2 metri.
I risultati mostranu chì a sensibilità di un sensoru di pressione ottimizatu cù u disignu 2/2 canard hè 245% più altu ch'è quellu di u disignu canard 1/1.Inoltre, diversi inputs sò stati utilizati per evaluà u funziunamentu di i tessuti ottimizzati, cumprese flexione, spremitura, arrugata, torsione è diversi movimenti umani.In questu travagliu, un sensoru di pressione basatu in tissuti cù una matrice di pixel di sensore mostra caratteristiche perceptive stabile è alta sensibilità.
Risu.1. Preparazione di filamenti PVDF è tessuti multifunzionali.un Diagramu di un prucessu di electrospinning 50-nozzle utilizatu per pruduce stuoie allineate di nanofibres PVDF, induve i verge di ramu sò posti in parallelu nantu à un trasportatore, è i passi sò per preparà trè strutture intrecciate da filamenti monofilamenti di quattru strati.b Image SEM è distribuzione di diametru di fibre PVDF allineate.c Image SEM di un filatu di quattru strati.d Resistenza à a trazione è a tensione à a rottura di un filatu di quattru veli in funzione di a torsione.e Schema di diffrazione di raghji X di un filu di quattru veli chì mostra a prisenza di fasi alfa è beta.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
U rapidu sviluppu di i robots intelligenti è di i dispositi elettronichi portabili hà datu l'origine à parechji novi dispositi basati nantu à sensori di pressione flessibili, è e so applicazioni in l'elettronica, l'industria è a medicina si sviluppanu rapidamente.
A piezoelectricità hè una carica elettrica generata nantu à un materiale chì hè sottumessu à stress meccanicu.A piezoelectricità in materiali asimmetrici permette una relazione lineare reversibile trà u stress meccanicu è a carica elettrica.Dunque, quandu un pezzu di materiale piezoelectric hè fisicamente deformatu, una carica elettrica hè creata, è vice versa.
I dispusitivi piezoelectrici ponu utilizà una fonte meccanica libera per furnisce una fonte di energia alternativa per i cumpunenti elettroni chì cunsuma pocu putere.U tipu di materiale è a struttura di u dispusitivu sò paràmetri chjave per a produzzione di dispusitivi touch basati nantu à l'accoppiamentu elettromeccanicu.In più di i materiali inorganici d'alta tensione, i materiali organici meccanicamente flessibili sò stati ancu esplorati in i dispositi purtati.
I polimeri trasformati in nanofibres da i metudi di electrospinning sò largamente usati cum'è dispositivi di almacenamentu di energia piezoelettrica.Nanofibre di polimeru piezoelettricu facilitanu a creazione di strutture di cuncepimentu basatu in tessili per l'applicazioni wearable fornendu a generazione elettromeccanica basata nantu à l'elasticità meccanica in una varietà di ambienti.
Per questu scopu, i polimeri piezoelectrici sò largamente utilizati, cumprese PVDF è i so derivati, chì anu una forte piezoelectricità.Queste fibre PVDF sò trascinate è filate in tessuti per applicazioni piezoelettriche cumpresi sensori è generatori.
Figura 2. Tessuti di grande area è e so proprietà fisiche.Fotografia di un grande mudellu di nervatura di 2/2 trama finu à 195 cm x 50 cm.b Image SEM di un mudellu di trama 2/2 custituitu da una trama PVDF intrecciata cù duie basi PET.c Modulu è striscia in rottura in diversi tessuti cù bordi di trama 1/1, 2/2 è 3/3.d hè l'angolo di pendu misuratu per u tissu.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
In u presente travagliu, i generatori di tela basati nantu à filamenti di nanofibra PVDF sò custruiti cù un prucessu di electrospinning sequenziale di 50-jet, induve l'usu di 50 ugelli facilita a produzzione di stuoie di nanofibra utilizendu un cinturione trasportatore rotante.Diversi strutturi di tessitura sò creati cù filati PET, cumprese 1/1 (plain), 2/2 è 3/3 ribs trama.
I travaglii precedenti anu riportatu l'usu di ramu per l'allineamentu di fibra in forma di fili di rame allinati in tamburi di cullizzioni di fibra.In ogni casu, u travagliu attuale hè custituitu di verghe di rame parallele distanziate 1,5 cm l'una di l'altra nantu à un cinturione trasportatore per aiutà à allineà e filiere basate nantu à l'interazzione elettrostatica trà e fibre caricate entranti è carichi nantu à a superficia di e fibre attaccate à a fibra di rame.
A cuntrariu di i sensori capacitivi o piezoresistivi descritti prima, u sensoru di pressione di tissuti pruposti in stu documentu risponde à una larga gamma di forze di input da 0,02 à 694 Newtons.Inoltre, u sensoru di pressione di u tessulu prupostu mantene u 81,3% di u so input originale dopu à cinque lavaggi standard, chì indicanu a durabilità di u sensor di pressione.
Inoltre, i valori di sensibilità chì valutanu a tensione è i risultati attuali per 1/1, 2/2, è 3/3 rib knitting dimustranu sensibilità à alta tensione di 83 è 36 mV/N à 2/2 è 3/3 pressione di rib.3 sensori di trama dimustratu 245% è 50% di sensibilità più altu per questi sensori di pressione, rispettivamente, paragunatu à u sensoru di pressione di trama 24 mV/N 1/1.
Risu.3. Appiicazione allargata di sensori di pressione full-cloth.un Esempiu di un sensoru di pressione di suletta fatta di 2/2 trama ribbed tissu inseritu sottu à dui elettrodi circulari per detectà l'avanti (sottu sottu à i dita) è u muvimentu di u tallone.b Rapprisintazioni schematica di ogni tappa di i passi individuali in u prucessu di marchja: atterrissimu di u talone, a terra, u cuntattu di u toe è l'elevazione di a gamba.c Segnali di output di tensione in risposta à ogni parte di u passu di andatura per l'analisi di andatura è d Segnali elettrici amplificati assuciati à ogni fase di u passu.e Schema di un sensoru di pressione di tissutu cumpletu cù una matrice di finu à 12 cellule di pixel rettangulari cù linee conduttive modellate per detectà signali individuali da ogni pixel.f Una mappa 3D di u segnu elettricu generatu pressu un dito nantu à ogni pixel.g Un signale elettricu hè rilevatu solu in u pixel pressatu cù u dito, è nisun signale laterale hè generatu in altri pixel, cunfirmendu chì ùn ci hè micca una diafonia.© Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al.(2022)
In cunclusione, stu studiu dimustra un sensore di pressione di tissuti altamente sensibili è wearable chì incorpora filamenti piezoelettrici di nanofibra PVDF.I sensori di pressione fabbricati anu una larga gamma di forze di input da 0,02 à 694 Newtons.
Cinquanta ugelli sò stati aduprati nantu à un prototipu di macchina di filatura elettrica, è un tappettu cuntinuu di nanofibre hè statu pruduttu cù un trasportatore batch basatu in barre di rame.Sottu cumpressione intermittente, u tessulu di l'orlu di trama 2/2 fabbricatu hà mostratu una sensibilità di 83 mV/N, chì hè circa 245% più altu ch'è u tissu di orlo di trama 1/1.
I sensori di pressione pruposti all-woven monitoranu i segnali elettrici sottumettendu à i muvimenti fisiologichi, cumprese a torsione, a curvatura, a spressione, a corsa è a camminata.Inoltre, sti misuratori di pressione di tela sò paragunabili à i tessuti cunvinziunali in termini di durabilità, mantenendu circa 81,3% di u so rendimentu originale ancu dopu à 5 lavaggi standard.Inoltre, u sensoru di tissutu fabbricatu hè efficace in u sistema di salute generendu segnali elettrici basati nantu à segmenti cuntinui di a caminata di una persona.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al.(2022).Sensore di pressione piezoelettrica di tessuto basatu in nanofibre di fluoruru di polyvinylidene electrospun cù ugelli 50, secondu u mudellu di tessitura.Elettronica flessibile npj.https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
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Bhavna Kaveti hè un scrittore scientificu di Hyderabad, India.Hà un MSc è MD da u Vellore Institute of Technology, India.in chimica organica è medicinali da l'Università di Guanajuato, Messico.U so travagliu di ricerca hè in relazione cù u sviluppu è a sintesi di molécule bioattive basate nantu à eterocicli, è hà sperienza in sintesi multi-step è multi-cumpunenti.Duranti a so ricerca di duttore, hà travagliatu nantu à a sintesi di diverse molécule peptidomimetiche ligate è fuse basate in eterocicli chì sò previste di avè u putenziale di funziunà ulteriormente l'attività biologica.Mentre scriveva dissertazioni è documenti di ricerca, hà esploratu a so passione per a scrittura scientifica è a cumunicazione.
Cavità, Buffner.(11 d'Aostu 2022).Sensore di pressione di tela cumpletu cuncepitu per u monitoraghju di a salute purtata.AZonanu.Ricuperatu u 21 d'ottobre di u 2022 da https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavità, Buffner."Un sensore di pressione di tuttu u tissutu cuncepitu per u monitoraghju di a salute purtata".AZonanu.21 ottobre 2022 .21 ottobre 2022 .
Cavità, Buffner."Un sensore di pressione di tuttu u tissutu cuncepitu per u monitoraghju di a salute purtata".AZonanu.https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.(Da u 21 ottobre 2022).
Cavità, Buffner.2022. Sensore di pressione all-cloth cuncepitu per u monitoraghju di a salute wearable.AZoNano, accessed 21 October 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
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