Ekologiczne czujniki ubieralne wykryją wczesne oznaki hipotermii
Początek hipotermii można wykryć dzięki monitorowaniu zmian temperatury skóry, akcji serca i ruchów ciała – gdy temperatura spada do niebezpiecznego poziomu, puls zwalnia, a sposób poruszania się staje się coraz mniej skoordynowany. Z drugiej strony czujniki do zdalnego monitorowania i wczesnego ostrzegania muszą być lekkie, elastyczne i możliwe do noszenia przy skórze. Innowacyjny system czujników nacisku opartych na naturalnych i biodegradowalnych materiałach został opracowany zupełnie od podstaw w ramach projektu WEARSENSNANO. W przeciwieństwie do większości sztywnych czujników, nowe rozwiązania opracowane przez zespół projektu są porowate, a ponadto mogą być ściskane, dzięki czemu są w stanie dostosować się do ruchów ciała i są bardzo lekkie. „Każdy z tych czujników można bez większych trudności położyć na płatku kwiatu”, wyjaśnia Fevzihan Basarir, starszy badacz na Wydziale Chemii i Materiałoznawstwa Uniwersytetu Aalto w Finlandii. Realizacja badań była możliwa dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Biodegradowalne czujniki
Każdy z czujników jest wykonany biodegradowalnych materiałów, co stanowi pewne rozwiązanie globalnego problemu odpadów elektronicznych i odpowiedź na potrzebę opracowywania bardziej ekologicznych produktów. Jedną z pierwszych propozycji opracowanych w ramach projektu był czujnik nacisku oparty na srebrnych nanodrutach, jednak na przeszkodzie stanęła niska wydajność syntezy. „Skutkiem było marnotrawienie dużych ilości srebra, które jest materiałem niebiodegradowalnym – dlatego postawiliśmy na pastę węglową na bazie biomasy”, wyjaśnia Basarir. Te zielone elektrody węglowe wykorzystane w czujniku zostały wykonane z cząstek kriożelu węglowego zmieszanych z naturalnym woskiem i olejem roślinnym, co zaowocowało otrzymaniem pasty węglowej o niskiej oporności. Porowaty materiał dielektryczny został przygotowany z kserożeli pektynowych otrzymanych w wyniku zamrożenia i wymiany rozpuszczalnika. „Czas reakcji naszego czujnika wynosi 118 milisekund, a otrzymywane wyniki są powtarzalne i spójne nawet po 10 000 cykli – to naprawdę doskonałe osiągi”, zauważa badacz. Czujnik został z powodzeniem zastosowany do wykrywania ruchów ludzkich – chodzenia i biegania, a także ruchów nadgarstka, stawu palca wskazującego i zgięć kolana, a także uśmiechania się i mrugania.
Czujnik typu „zrób to sam”
Badaczom udało się także uzyskać przystępne cenowo pojemnościowe czujniki nacisku wykonane z łatwo dostępnych na rynku komponentów. Aby zaprezentować ich wszechstronność, badacze opracowali siatkę czujników na postawie tkaniny bawełnianej połączyli ją z mikrokontrolerem Arduino i otwartoźródłowym oprogramowaniem konwertującym sygnały czujników na dane, co pozwoliło na zbudowanie ubieralnej klawiatury. Wszystkie wykorzystane materiały i komponenty są łatwo dostępne na rynku. Zdaniem Basarira, to „czujnik typu »zrób to sam«, który każdy może zbudować we własnym zakresie”. „Jedną z kluczowych zalet jest fakt, ze koszt jednostkowy wynosi zaledwie 0,073 euro – w tę cenę wchodzą już wszystkie materiały, zatem cena jest bardzo niska”, wyjaśnia badacz.
Rozwiązanie dla osób w podeszłym wieku
Czujniki zostały przetestowane z udziałem zdrowych ludzi, co zaowocowało dobrymi wynikami. Hipotermia wymaga pomiarów dostarczanych zarówno przez czujniki nacisku, jak i temperatury, jednak jak wyjaśnia Basarir, przeprowadzenie badań z udziałem osób cierpiących na hipotermię nie jest proste. „Osoby w stanie hipotermii są zwykle wysyłane bezpośrednio do szpitala, zatem trudno o pacjentów, którzy mogą wziąć udział w badaniach. Dotychczas nasz system był wykorzystywany wyłącznie do monitorowania zdrowych osób". Jak dodaje badacz: „Kolejnym etapem prac będzie badanie wykorzystania czujników przez osoby starsze w ich własnych domach". Zauważa też, że osoby starsze są istotną grupą docelową, ponieważ blisko co piąta osoba w Europie ma przeszło 65 lat, a w ciągu najbliższych 25 lat ich odsetek wzrośnie do 30 % ogółu ludności. Prace te wpisują się również w badania nad technologiami ubieralnymi, takimi jak finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt ModelCom dotyczący włączenia inteligentnych miękkich materiałów w tkaniny reagujące na otoczenie, a także rozwój inteligentnych urządzeń ubieralnych, takich jak rozwiązanie opracowywane w ramach projektu Smart2Go.
Słowa kluczowe
WEARSENSNANO, hipotermia, czujniki, nanodruty, biodegradowalne, czujniki nacisku, czujniki do noszenia, osoby starsze
