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I sensori di pressione indossabili ponu aiutà à monitorà a salute umana è à realizà l'interazione trà l'omu è l'urdinatore. Si facenu sforzi per creà sensori di pressione cù un design universale è una alta sensibilità à u stress meccanicu.
Studiu: Trasduttore di pressione piezoelettricu tessile dipendente da u mudellu di tessitura basatu annantu à nanofibre di fluoruru di polivinilidene elettrofilate cù 50 ugelli. Creditu d'imagine: African Studio/Shutterstock.com
Un articulu publicatu in a rivista npj Flexible Electronics face un rapportu nantu à a fabricazione di trasduttori di pressione piezoelettrici per tessuti chì utilizanu fili d'ordito di polietilene tereftalatu (PET) è fili di trama di polivinilidene fluoruru (PVDF). A prestazione di u sensore di pressione sviluppatu in relazione à a misurazione di a pressione basata annantu à u mudellu di tessitura hè dimustrata annantu à una scala di tela di circa 2 metri.
I risultati mostranu chì a sensibilità di un sensore di pressione ottimizatu cù u disignu canard 2/2 hè 245% più alta chè quella di u disignu canard 1/1. Inoltre, sò stati utilizati diversi input per valutà e prestazioni di i tessuti ottimizzati, cumprese a flessione, a compressione, e rughe, a torsione è diversi movimenti umani. In questu travagliu, un sensore di pressione basatu annantu à i tessuti cù una matrice di pixel di sensore presenta caratteristiche percettive stabili è alta sensibilità.
Risu. 1. Preparazione di fili PVDF è tessuti multifunzionali. a Diagramma di un prucessu di elettrofilatura à 50 beccucci utilizatu per pruduce tappetini allineati di nanofibre PVDF, induve e barre di rame sò piazzate in parallelu nantu à un nastro trasportatore, è i passi sò di preparà trè strutture intrecciate da filamenti monofilamenti à quattru strati. b Imagine SEM è distribuzione di u diametru di e fibre PVDF allineate. c Imagine SEM di un filatu à quattru strati. d Resistenza à a trazione è deformazione à a rottura di un filatu à quattru strati in funzione di a torsione. e Diagramma di diffrazione di raggi X di un filatu à quattru strati chì mostra a presenza 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 robot intelligenti è di dispositivi elettronichi indossabili hà datu nascita à parechji novi dispositivi basati nantu à sensori di pressione flessibili, è e so applicazioni in elettronica, industria è medicina si sviluppanu rapidamente.
A piezoelettricità hè una carica elettrica generata nantu à un materiale sottumessu à stress meccanicu. A piezoelettricità in i materiali asimmetrici permette una relazione lineare reversibile trà u stress meccanicu è a carica elettrica. Dunque, quandu un pezzu di materiale piezoelettricu hè fisicamente deformatu, si crea una carica elettrica, è vice versa.
I dispusitivi piezoelettrici ponu aduprà una fonte meccanica gratuita per furnisce una fonte d'energia alternativa per i cumpunenti elettronichi chì cunsumanu poca energia. U tipu di materiale è a struttura di u dispusitivu sò parametri chjave per a pruduzzione di dispusitivi tattili basati nantu à l'accoppiamentu elettromeccanicu. In più di i materiali inorganici à alta tensione, i materiali organici meccanicamente flessibili sò stati ancu esplorati in dispusitivi indossabili.
I polimeri trasfurmati in nanofibre per mezu di metudi d'elettrofilatura sò largamente usati cum'è dispositivi di almacenamiento d'energia piezoelettrica. E nanofibre di polimeri piezoelettrici facilitanu a creazione di strutture di cuncepimentu basate nantu à u tissutu per applicazioni indossabili furnendu una generazione elettromeccanica basata nantu à l'elasticità meccanica in una varietà d'ambienti.
Per questu scopu, i polimeri piezoelettrici sò largamente usati, cumpresi u PVDF è i so derivati, chì anu una forte piezoelettricità. Queste fibre PVDF sò tirate è filate in tessuti per applicazioni piezoelettriche, cumpresi sensori è generatori.
Figura 2. Tessuti di grande superficia è e so proprietà fisiche. Fotografia di un grande mudellu di coste di trama 2/2 finu à 195 cm x 50 cm. b Imagine SEM di un mudellu di trama 2/2 custituitu da una trama PVDF interfogliata cù duie basi PET. c Modulu è deformazione à rottura in vari tessuti cù bordi di trama 1/1, 2/2 è 3/3. d hè l'angulu di sospensione misuratu per u tessutu. © 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 tessuti basati nantu à filamenti di nanofibra PVDF sò custruiti aduprendu un prucessu di elettrofilatura sequenziale à 50 getti, induve l'usu di 50 ugelli facilita a pruduzzione di tappetini di nanofibra aduprendu un nastro trasportatore rotante. Diverse strutture di tessitura sò create aduprendu filatu PET, cumprese coste di trama 1/1 (piana), 2/2 è 3/3.
Un travagliu precedente hà signalatu l'usu di u rame per l'allineamentu di e fibre in forma di fili di rame allineati nantu à i tamburi di raccolta di e fibre. Tuttavia, u travagliu attuale consiste in barre di rame parallele spaziate à 1,5 cm di distanza nantu à un nastro trasportatore per aiutà à allineà e filiere basate nantu à l'interazioni elettrostatiche trà e fibre cariche in entrata è e cariche nantu à a superficia di e fibre attaccate à a fibra di rame.
À u cuntrariu di i sensori capacitivi o piezoresistivi descritti prima, u sensore di pressione tissutale prupostu in questu articulu risponde à una larga gamma di forze d'ingressu da 0,02 à 694 Newton. Inoltre, u sensore di pressione tissutale prupostu hà ritenutu l'81,3% di u so input originale dopu à cinque lavaggi standard, ciò chì indica a durabilità di u sensore di pressione.
Inoltre, i valori di sensibilità chì valutanu i risultati di tensione è corrente per a maglia à coste 1/1, 2/2 è 3/3 anu mostratu una alta sensibilità à a tensione di 83 è 36 mV/N à a pressione di e coste 2/2 è 3/3. 3 sensori di trama anu dimustratu una sensibilità 245% è 50% più alta per questi sensori di pressione, rispettivamente, paragunatu à u sensore di pressione di trama 1/1 di 24 mV/N.
Rice. 3. Applicazione allargata di u sensore di pressione in tela cumpleta. a Esempiu di un sensore di pressione di a soletta fatta di tela à coste 2/2 trama inserita sottu à dui elettrodi circulari per rilevà l'avampiede (ghjustu sottu à i diti) è u muvimentu di u tallone. b Rappresentazione schematica di ogni tappa di i passi individuali in u prucessu di caminata: atterraggio di u tallone, messa à terra, cuntattu di i diti è sollevamentu di a gamba. c Signali di uscita di tensione in risposta à ogni parte di u passu di caminata per l'analisi di a caminata è d Signali elettrici amplificati assuciati à ogni fase di a caminata. e Schema di un sensore di pressione di tissutu cumpletu cù una matrice finu à 12 cellule di pixel rettangulari cù linee conduttive modellate per rilevà i signali individuali da ogni pixel. f Una mappa 3D di u signale elettricu generatu premendu un ditu nantu à ogni pixel. g Un signale elettricu hè rilevatu solu in u pixel premutu cù u ditu, è nisun signale laterale hè generatu in altri pixel, cunfirmendu chì ùn ci hè micca diafonia. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
In cunclusione, questu studiu dimostra un sensore di pressione tissutale assai sensibile è purtabile chì incorpora filamenti piezoelettrici in nanofibra PVDF. I sensori di pressione fabbricati anu una vasta gamma di forze d'ingressu da 0,02 à 694 Newton.
Cinquanta ugelli sò stati aduprati nantu à un prototipu di macchina di filatura elettrica, è un tappettu cuntinuu di nanofibre hè statu pruduttu aduprendu un trasportatore in batch basatu annantu à barre di rame. Sottu cumpressione intermittente, u tissutu di orlu di trama 2/2 fabbricatu hà mostratu una sensibilità di 83 mV/N, chì hè circa 245% più alta di u tissutu di orlu di trama 1/1.
I sensori di pressione interamente tessuti pruposti monitoranu i signali elettrichi sottumettenduli à muvimenti fisiologichi, cumpresi torsione, piegatura, stringhje, corsa è caminata. Inoltre, sti manometri di pressione in tessuto sò paragunabili à i tessuti cunvinziunali in termini di durabilità, mantenendu circa l'81,3% di u so rendimentu originale ancu dopu à 5 lavaggi standard. Inoltre, u sensore di tessuti fabbricatu hè efficace in u sistema sanitariu generendu signali elettrichi 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 piezoelettricu in tessuto basatu annantu à nanofibre di fluoruru di polivinilidene elettrofilate cù 50 ugelli, secondu u mudellu di tessitura. Elettronica flessibile npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
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Bhavna Kaveti hè una scrittrice scientifica di Hyderabad, India. Hà un MSc è un MD da u Vellore Institute of Technology, India. in chimica urganica è medicinale da l'Università di Guanajuato, Messicu. U so travagliu di ricerca hè ligatu à u sviluppu è a sintesi di molecule bioattive basate nantu à eterocicli, è hà sperienza in a sintesi multi-passu è multi-cumponente. Durante a so ricerca di dutturatu, hà travagliatu nantu à a sintesi di varie molecule peptidomimetiche legate è fuse basate nantu à eterocicli chì si prevede chì anu u putenziale di funziunalizà ulteriormente l'attività biologica. Mentre scriveva dissertazioni è articuli di ricerca, hà esploratu a so passione per a scrittura è a cumunicazione scientifica.
Cavity, Buffner. (11 d'aostu 2022). Sensore di pressione in tela cumpleta cuncipitu per u monitoraghju di a salute purtabile. AZonano. Ritruvatu u 21 d'ottobre 2022 da https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. "Un sensore di pressione di tutti i tessuti cuncipitu per u monitoraghju di a salute indossabile". AZonano.21 d'ottobre di u 2022.21 d'ottobre di u 2022.
Cavity, Buffner. "Un sensore di pressione di tutti i tessuti cuncipitu per u monitoraghju di a salute indossabile". AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (À u 21 d'ottobre 2022).
Cavità, Buffner. 2022. Sensore di pressione interamente in tela cuncepitu per u monitoraghju di a salute indossabile. AZoNano, accessu u 21 d'ottobre 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
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