Yenilikçi sensörler daha akıllı tekstilleri mümkün kılabilir

Anonim

Delaware Üniversitesi'ndeki bir mühendis ekibi, pamuk, naylon ve yün dahil olmak üzere geniş bir yelpazedeki fiberler üzerinde esnek karbon nanotüp kompozit kaplamalar oluşturarak yeni nesil akıllı tekstiller geliştirmektedir. Bulguları, ACS Sensors dergisinde, parmak ucunun hafif bir dokunuşundan forklift tarafından sürülmesine kadar, son derece geniş bir basınç aralığını ölçebilme yeteneğini gösterdikleri bildirilmektedir.

Bu algılama teknolojisiyle kaplanan kumaş, sensörlerin ayakkabı tabanlarına kaydığı veya insan hareketini saptamak için giysilere dikildiği gelecekteki "akıllı giysiler" de kullanılabilir.

Karbon nanotüpler, bu hafif, esnek, nefes alabilen kumaş kaplamaya etkileyici algılama kabiliyeti kazandırır. Malzeme sıkıştığında, kumaştaki büyük elektrik değişiklikleri kolayca ölçülür.

Makine Mühendisliği ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümlerinden doçent olan Erik Thostenson, “Bir sensör olarak, dokunmadan tonlamaya kadar kuvvetlere karşı çok hassas” dedi.

Sinir benzeri elektrik iletken nanokompozit kaplamalar, polietilenimin ile fonksiyonelleştirilmiş karbon nanotüplerin elektroforetik birikimi (EPD) kullanılarak lifler üzerinde oluşturulur.

Thostenson, "Filmler, elektrik algılama işlevselliği ekleyen bir boyaya benziyor" dedi. "Laboratuvarımda geliştirilen EPD süreci, fiberin yüzeyine güçlü bir şekilde bağlanan bu çok homojen bir kaplama oluşturur. Bu süreç gelecekteki uygulamalar için endüstriyel olarak ölçeklendirilebilir."

Şimdi, araştırmacılar bu sensörleri, akıllı tekstiller yapmak için mevcut yöntemlerden daha üstün bir şekilde kumaşa ekleyebilirler. UD'nin Çok Fonksiyonlu Kompozit Laboratuvarı'nı yöneten Thostenson, metal veya örgü elyafı ve metal teller ile birlikte kaplama lifleri gibi mevcut tekniklerin, kumaşların konforunu ve dayanıklılığını azaltabileceğini söyledi. Thostenson grubunun geliştirdiği nanokompozit kaplama, dokunulduğunda esnek ve hoştur ve Kevlar, yün, naylon, Spandeks ve polyester gibi bir dizi doğal ve sentetik elyaf üzerinde test edilmiştir. Kaplamalar sadece 250 ila 750 nanometre kalınlığındadır - yaklaşık% 0.25 ila 0.75 bir parça kağıt kadar kalın - ve tipik bir ayakkabı veya giysiye sadece bir gram ağırlık ekleyecektir. Dahası, sensör kaplamasını yapmak için kullanılan malzemeler ucuzdur ve nispeten çevre dostudur, çünkü bunlar oda sıcaklığında bir çözücü olarak su ile işlenebilirler.

Gelecekteki Uygulamaları Keşfetmek

Sensör kaplı kumaşın potansiyel bir uygulaması, yürürken insanların ayaklarındaki kuvvetleri ölçmektir. Bu veriler, klinisyenlerin yaralanmalardan sonra dengesizlikleri değerlendirmelerine ya da sporcularda yaralanmaları önlemek için yardımcı olabilir. Özellikle, Thostenson'ın araştırma grubu, makine mühendisliği profesörü ve UD'deki Nöromüsküler Biyomekanik Laboratuvarı müdürü Jill Higginson ve grubu Delaware INBRE tarafından finanse edilen bir pilot projenin bir parçası olarak işbirliği yapıyor. Amaçları, bu sensörlerin, ayakkabıya gömüldüklerinde, aletli koşu bantları ve hareket yakalama gibi biyomekanik laboratuar tekniklerini karşılaştırmaktır.

Laboratuar testleri sırasında insanlar izlendiklerini biliyorlar, ancak laboratuvarın dışında davranış farklı olabilir.

Thostenson, "Bizim fikirlerimizden biri, bu yeni tekstili bir laboratuvar ortamının dışında kullanabilmemizdir - caddede, evde, her yerde, " diyor Thostenson.

UD'de makine mühendisliği alanında doktora öğrencisi olan Sagar Doshi, makalenin baş yazarıdır. Sensörleri yapmaya, hassasiyetlerini optimize etmeye, mekanik özelliklerini test etmeye ve onları sandalet ve ayakkabıya entegre etmeye çalıştı. Sensörleri ön testlerde kullandı ve şimdiye kadar, sensörler tipik olarak binlerce dolara mal olan bir cihaz olan bir güç plakasıyla toplanan verileri toplarlar.

Doshi, "Düşük maliyetli sensörün ince ve esnek olması nedeniyle, günlük yaşamları boyunca verileri saklamak için entegre elektronik eşyalara sahip özel ayakkabılar ve diğer giysiler yaratma olasılığı var." Dedi. "Bu veriler, araştırmacıları veya terapistleri daha sonra performanslarını değerlendirmek ve sonuçta sağlık hizmetlerinin maliyetini düşürmek için analiz edilebilir."

Bu teknoloji aynı zamanda spor hekimliği uygulamaları, cerrahi sonrası iyileşme ve çocuk popülasyonlarındaki hareket bozukluklarının değerlendirilmesi için de umut verici olabilir.

Nemours Çocuk Pediatrik Klinik Araştırma ve Geliştirme Merkezi Direktörü Robert Akins, “Wilmington'daki Çocuklar İçin Alfred I. duPont Hastanesi”, “Çocuklarda hareket verilerini bir süre boyunca ve gerçekçi bir bağlamda toplamak zor olabilir” dedi. ve UD'de malzeme bilimi ve mühendislik, biyomedikal mühendislik ve biyolojik bilimler profesörü. "Bunlar gibi ince, esnek, yüksek hassasiyetli sensörler, fiziksel terapistlerin ve doktorların bir çocuğun hareketliliğini uzaktan değerlendirmesine yardımcı olabilir. Bu da, klinisyenlerin klinikten daha az veri toplaması ve daha iyi veriler sunabilmesi anlamına gelir. yöntemler yapar.

Disiplinler arası işbirliği, gelecekteki uygulamaların geliştirilmesi için çok önemlidir ve UD'de mühendisler, UD'nin Bilim, Teknoloji ve İleri Araştırma (STAR) Kampüsü'ndeki Sağlık Bilimleri Kolejinden fakülte ve öğrencilerle çalışmak için eşsiz bir fırsata sahiptir.

Doshi, “Mühendis olarak, yeni materyaller ve sensörler geliştiriyoruz, ancak doktorların, fizyoterapistlerin ve hastaların karşı karşıya kaldığı önemli sorunları her zaman anlamıyoruz” dedi. "Karşı karşıya kaldıkları problemler üzerinde çalışmak ve ya mevcut bir çözüme yönlendirmek ya da bu sorunu çözmek için yenilikçi bir çözüm üretmek için onlarla birlikte çalışıyoruz."

Thostenson araştırma grubu ayrıca yapısal sağlık izleme gibi diğer uygulamalar için nanotüp tabanlı sensörler kullanır.

UD'nin Kompozit Malzemeler Merkezi'nde (UD-CCM) bağlı olan Thostenson, “Uzun bir süre karbon nanotüpler ve nanotüp bazlı kompozit sensörler ile çalışıyoruz” dedi. İnşaat mühendisleri ile araştırmacılar arasında çalışan grup, köprülerde ve diğer büyük ölçekli yapılardaki çatlakları tespit etmek için esnek nanotüp sensörlerinin geliştirilmesine öncülük etmiştir. "Beni her zaman kompozitlerle ilgilendiren şeylerden biri, onları makroskopik parça geometrilerinden, uçak veya uçak kanadı ya da otomobilin bir kısmından, kumaş yapısına ya da lifine kadar, çeşitli uzunluklarda tasarlıyoruz. Daha sonra karbon nanotüpler ve grafen gibi nanoölçüm takviyeleri bize malzeme yapısal ve işlevsel özelliklerini uyarlamak için başka bir seviye kazandırır.Taraştırmalarımız temel olsa da, uygulamalara her zaman bir göz vardır UD-CCM'nin köklü bir kökten tarihi vardır. Laboratuvarda UD-CCM'nin endüstriyel konsorsiyumu aracılığıyla ticari ürünlere araştırma keşifleri. "

menu
menu