Носимые датчики — важный инструмент для мониторинга здоровья и обучения искусственного интеллекта — могут быть водонепроницаемыми или измерять более одного раздражителя, но совместить эти факторы при сохранении высокого уровня точности измерений сложно. Исследователи под руководством Хуанью «Ларри» Ченга, доцента инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания, создали датчики, которые являются водонепроницаемыми, что является важной характеристикой для мониторинга физических упражнений и устойчивости к потоотделению и любым погодным условиям; может измерять температуру и движение как в малых, так и в больших масштабах; и могут быть прикреплены к дистальным артериям, например, расположенным под бровью или в пальце ноги.

Результаты теперь доступны онлайн в журнале Chemical Engineering Journal перед публикацией в сентябрьском печатном номере журнала.

«Есть три аспекта, которые являются новыми в сочетании: подводное приложение, способность обнаруживать сверхмалые вибрации и тонкие движения и изменения температуры, а также несколько вариантов расположения датчика, например, бровь или палец ноги», — сказал Ченг. .

По словам Ченга, способность измерять биометрические данные в местах, отличных от запястья, где датчики традиционно применялись, была целью, которую его команда разработала после разговора с врачами об их потребностях.

«Врачи сказали нам, что в ситуациях, когда у человека отсутствует конечность или есть серьезная травма запястья, им нужен другой способ, например, для измерения кислорода в крови и артериального давления », — сказал он. «Возможность использовать другие места для датчиков полезна не только для пациентов в таких ситуациях, но и для людей, занятых определенной деятельностью. Например, если мы хотим отслеживать показатели строителя, это может быть более практичным и дает нам более точные показания, чтобы прикрепить датчик к дистальной артерии, отличной от запястья».

Новые датчики также обнаруживают и измеряют быстрые едва заметные или сильные движения и температуру с высокой чувствительностью и точностью.

«Собирая все это вместе, мы получаем высокоточный датчик с большой дальностью обнаружения и, кроме того, водонепроницаемый, что отличает его от других датчиков», — сказал он. «Метод производства здесь также проще и дешевле, поэтому у него есть потенциал для крупномасштабного производства».

По словам Ченга, ключом к созданию новых датчиков является сочетание материалов, в частности, проводящих наноматериалов с чувствительными к температуре гидрогелями.

«Хотя использование пористого графена из углеродосодержащих материалов важно для двойного восприятия и масштабируемости, пористый графен сам по себе является гидрофильным», — сказал Ченг, объяснив, что графен легко связывается с водой, изменяя свою молекулярную структуру. «Мы использовали композит этой формы графена вместе с композитом на основе силикона, чтобы создать гидрофобные свойства, сохраняя при этом преимущества графена, например, для измерения температуры».

Ченг сказал, что следующие шаги включают применение новых датчиков в различных клинических условиях , таких как мониторинг передозировок опиоидами, профессиональная и логопедическая терапия. Другим будущим приложением может быть использование мультимодальных датчиков с развязанными механизмами восприятия — это означает, что различные переменные могут измеряться независимо, а не только в сочетании друг с другом — для улучшения взаимодействия и сотрудничества человека и робота.