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基于3D打印传感器的多模态智能手套,用于手部功能健康监测
2022-07-09 10:48:18   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

英国谢菲尔德大学研究团队从传统指甲花纹身艺术中汲取灵感,提出一种简单的设计策略,直接在棉纺织手套上3D打印生物电子传感器,构建出可用于监测手部功能的集成式多模态传感系统。

面对临床试验和临床护理中各种各样的复杂问题,个性化的医疗解决方案非常重要。目前,常用的方法集中于电子皮肤,但其基于多种材料、功能组件和层集结构,制备工艺复杂,尤其对高端洁净室微细加工技术要求较高,受到一定限制。因此,开发成本低廉、一次性、家用的个性化健康可穿戴设备,将有望改变现有医疗市场。

据麦姆斯咨询报道,近日,英国谢菲尔德大学(The University of Sheffield)一支研究团队从传统指甲花纹身艺术中汲取灵感,提出一种简单的设计策略,直接在棉纺织手套上3D打印生物电子传感器,构建出可用于监测手部功能的集成式多模态传感系统。该系统具备良好的功能性和稳定性,可用于手部功能的家庭监测,同时在一系列神经和肌肉骨骼疾病监测中也具有潜在应用。相关研究成果已发表于Flexible and Printed Electronics期刊。

该传感器由低成本的石墨片和硅胶组成的导电复合材料制成,通过调整石墨负载和传感器结构,可制备出功能性肌电信号(EMG)、应变和压力传感器。之后将这些传感器直接打印在可拉伸的棉纺织手套上,使其以最适合佩戴者手的方式排列,用作监测手部功能的集成式多模态系统。

基于3D打印传感器的多模态手部监测系统的制备过程

基于3D打印传感器的多模态手部监测系统的制备过程

该多模态手部监测系统所集成的传感器材料与性能各异,其中,压阻式应变传感器由45 wt%的导电复合材料制成,在手套上的打印位置大致对应于拇长伸肌腱的位置,能够精准检测拇指的腕掌关节角度(拇指弯曲/伸展)。电阻式压力传感器将物体形变的法向力转换为电阻变化,可检测超过30N的力,且可以响应慢速和快速挤压。EMG电极需要具备低阻抗,因此选用了50 wt%的导电复合材料,从而确保当EMG电极集成在手套进行各种手势时,可与皮肤良好接触。

 应变、压力和EMG传感器的表征

应变、压力和EMG传感器的表征

研究人员进一步验证了该集成式多模态智能手套的性能,展示了其同时记录拇短展肌(APB)肌肉的捏力、拇指运动和EMG信号的读数,经验证,这些信号在多个穿脱周期内都表现出良好的稳定性。

用于手部功能监测的集成式多模态智能手套

用于手部功能监测的集成式多模态智能手套

该集成式多模态智能手套的优点是设计制造非常简单,且成本较低,可以作为跟踪疾病进展或损伤的家用个性化健康监测设备。该制备技术还可以轻松应用于其它电子纺织品,例如袜子、头带或者臂章等,加上其可定制的潜力,有望不断改善用户体验并实现更全面的家庭健康监测。

论文链接:https://doi.org/10.1088/2058-8585/ac7dd1

延伸阅读:

《电子皮肤贴片技术及市场-2021版》

《可穿戴技术及市场-2021版》

《印刷和柔性传感器技术及市场-2020版》

《医疗柔性电子技术及市场趋势-2020版》 

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