Forschung -

Ein preiswerter und extrem dehnbarer Sensor

Die Entwicklung eines perfekten Wearables zur Überwachung von Muskelbewegungen, Herzfrequenz und anderen winzigen Biosignalen, der auch noch kostengünstig ist, hat die Wissenschaftler dazu inspiriert, nach einem einfacheren und erschwinglicheren Gerät zu suchen.

Jetzt hat ein Team von Forschern auf dem UBC-Campus in Okanagan eine praktische Methode entwickelt, um menschliche Bewegungen zu überwachen und zu interpretieren. Es handelt sich hier vielleicht um das fehlende Puzzleteil, wenn es um tragbare Technologie geht.

Was als Forschung begann, um einen extrem dehnbaren Sensor zu entwickeln, wandelte sich in ein anspruchsvolles interdisziplinäres Projekt, das zu einem intelligenten tragbaren Gerät führt, das komplexe menschliche Bewegungen erfassen und 'verstehen' kann, erklärte Professor Homayoun Najjaran von der School of Engineering.

Der Sensor wird durch Infusion von Graphen-Nanoflocken (GNF) in ein gummiartiges Klebepad hergestellt. Najjaran sagte, dass sie dann die Haltbarkeit des winzigen Sensors mit Dehnungen testeten, um zu sehen, ob er seine Genauigkeit unter Belastungen von bis zu 350 Prozent seines ursprünglichen Zustands beibehalten kann. Das Gerät durchlief dabei mehr als 10.000 Dehnungs- und Entspannungszyklen unter Beibehaltung seiner elektrischen Stabilität.

"Wir testeten diesen Sensor intensiv", sagte Najjaran. "Er hat nicht nur seine Form beibehalten, sondern vor allem seine sensorische Funktionalität. Wir haben weiterhin die Wirksamkeit des GNF-Pads als haptische Technologie in Echtzeitanwendungen demonstriert, indem wir die menschlichen Fingergesten mit einem dreigliedrigen Roboterfinger präzise nachbildeten."

Das Ziel war, etwas zu verwirklichen, das dehnbar, flexibel und angemessen groß ist und die erforderliche Empfindlichkeit, Leistung, Produktionskosten und Robustheit aufweist.

Im Gegensatz zu einer Trägheitsmesseinheit - einem Elektronikgerät, das Kraft und Bewegung misst und in den meisten stufenbasierten Wearables- Technologien verwendet wird - müssen die Sensoren empfindlich genug sein, um auf unterschiedliche und komplexe Körperbewegungen zu reagieren.

Dazu gehören unendlich kleine Bewegungen wie ein Herzschlag oder ein Zucken des Fingers bis hin zu großen Muskelbewegungen beim Gehen und Laufen.

Um die Praxistauglichkeit zu demonstrieren, bauten die Forscher drei tragbare Komponenten, darunter ein Knieband, ein Armband und einen Handschuh.

Das Armband überwachte den Herzschlag, indem es den Puls der Arterie erfasst. Die Finger- und Kniebänder überwachten in einem völlig anderen Bewegungsbereich Fingergesten und größere Muskelbewegungen beim Gehen, Laufen, Hinsetzen und Aufstehen. Die Ergebnisse deuten nach Ansicht der Wissenschaftler auf ein preiswertes Gerät mit hoher Empfindlichkeit, Selektivität und Haltbarkeit hin.

Der Forschungsbericht wurde im "Journal of Sensors and Actuators A: Physical" veröffentlicht.

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