Sensori indossabili «verdi» in grado di rilevare i primi segni di ipotermia
L'insorgenza dell'ipotermia può essere rilevata monitorando le variazioni della temperatura cutanea, il rallentamento della frequenza cardiaca e i movimenti del corpo che possono diventare meno coordinati quando la temperatura corporea scende a livelli pericolosi. Ma questi sensori per il monitoraggio a distanza e gli allarmi precoci devono essere leggeri, flessibili e in grado di essere indossati a contatto con la pelle. Un innovativo sistema di sensori di pressione indossabili basato su materiali naturali e biodegradabili è stato sviluppato da zero dal progetto WEARSENSNANO. A differenza della maggior parte dei sensori rigidi, questi sono porosi, possono essere compressi per adattarsi ai movimenti del corpo e sono molto leggeri. «Questi sensori possono stare su un petalo di fiore senza alcun problema», afferma Fevzihan Basarir, ricercatore senior presso il Dipartimento di Chimica e Scienza dei Materiali dell'Università di Aalto, in Finlandia. Questa ricerca è stata intrapresa con il sostegno del programma azioni Marie Skłodowska-Curie.
Sensore biodegradabile
I sensori sono realizzati con materiali biodegradabili, sottolinea, ricordando l'enorme problema dei rifiuti elettronici nel mondo e la necessità di tecnologie più ecologiche. Il progetto proponeva inizialmente un sensore di pressione basato su nanofili d'argento, ma la sintesi si è conclusa con una bassa resa. «Significa che si spreca molto argento e non è biodegradabile, quindi sono passato alla pasta di carbonio a base di biomassa», spiega Basarir. Gli elettrodi di carbonio del sensore «verde» sono realizzati con particelle di crio-gel di carbonio mescolate con cera naturale e olio vegetale, producendo una pasta di carbonio a bassa resistività. Il materiale dielettrico poroso è stato preparato a partire da xerogel di pectina ottenuti per congelamento e scambio di solventi. «Il tempo di risposta del nostro sensore è di 118 millisecondi e produce un risultato ripetibile e costante anche con 10 000 cicli, quindi le prestazioni sono davvero buone», osserva. Il sensore è stato applicato con successo al rilevamento dei movimenti umani, come la camminata, la corsa, il polso, i movimenti dell'articolazione del dito indice e la flessione del ginocchio, nonché il sorriso e il battito delle palpebre.
Sensore «fai da te»
Inoltre, sono stati fabbricati sensori di pressione capacitivi a basso costo utilizzando componenti commerciali facilmente reperibili. Per mostrare la loro applicazione, una griglia di sensori è stata fabbricata su un tessuto di cotone e integrata con un processore Arduino - un microcontrollore integrato con un software open-source che converte i segnali dei sensori in dati - per produrre una «tastiera» indossabile. I materiali e i componenti sono tutti facilmente reperibili sul mercato. Basarir lo ha descritto come un «sensore fai-da-te che chiunque può realizzare». «Il vantaggio è che costa solo 0,073 euro, compreso il costo di tutti i materiali, ed è quindi molto economico», afferma.
Utilizzo con gli anziani
Il sistema è stato testato su persone sane con buoni risultati. L'ipotermia richiede misurazioni sia da sensori di pressione che di temperatura, ma testare il sistema su persone in ipotermia non è facile, spiega Basarir. «Se hanno l'ipotermia, normalmente vengono mandati direttamente in ospedale, quindi è difficile trovare persone con l'ipotermia. Finora il sistema è stato utilizzato solo per monitorare persone sane.» E aggiunge: «La fase successiva sarà l'utilizzo dei sensori con gli anziani nelle loro case». Egli osserva che gli anziani sono un gruppo target importante, dato che un quinto della popolazione europea ha più di 65 anni e che questa percentuale salirà al 30 % della popolazione entro 25 anni. Il lavoro si inserisce anche nella ricerca su altre tecnologie indossabili, come il progetto ModelCom sull'adattamento di materiali morbidi intelligenti in tessuti che reagiscono all'ambiente, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, e altri indossabili intelligenti come il progetto Smart2Go.
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