Будущее здравоохранения: Сенсорная технология с несколькими приложениями
Возможно, вскоре мы сможем определять уровень гидратации, изменения дыхания или слишком мокрый подгузник, и все это с помощью датчика нового типа — карандашного рисунка.
Исследователи из Пенсильванского государственного университета в США разработали способ мониторинга влажности и дыхания, рисуя изображение, которое работает как печатная плата, на предварительно обработанной бумаге.
Этот рисунок может посылать сигналы на ваш смартфон, и исследователи уже использовали его для создания «умного подгузника», способного предупреждать родителей о дискомфорте их ребенка.
Исследователи полагают, что в будущем датчик можно будет использовать для контроля не только полного подгузника, но и проблем со здоровьем, таких как остановка сердца и пневмония, или даже переключателей, которые не требуют контакта.
«Наша команда была сосредоточена на разработке устройств, которые могут собирать жизненно важную информацию для здоровья человека», — Хуаньюй «Ларри» Ченг, доцент Мемориала Джеймса Л.
Исследование, опубликованное в декабре в рецензируемом журнале Nano Letters, описывает, как работает датчик, и некоторые из первых приложений, протестированных исследователями.
КАК РИСУНОК ПРЕВРАЩАЕТСЯ В СЕНСОР?
Исследователи объяснили, что датчик создается путем рисования карандашом на бумаге, обработанной раствором хлорида натрия.
Когда молекулы воды в окружающей среде вокруг рисунка впитываются в бумагу и смешиваются с раствором хлорида натрия, раствор ионизируется, создавая электроны, которые текут через графит карандашных отметок.
Печатные платы, которые используются в компьютерах и других электронных устройствах, состоят из медных линий, расположенных под определенным углом. Медь используется в качестве канала для передачи электрической информации, и именно этот процесс воспроизводят исследователи, за исключением того, что эта печатная плата выложена карандашом, а не медью.
Бумажный датчик может быть подключен к компьютеру с помощью медных проводов и токопроводящей серебряной пасты или может быть подключен к крошечной литиевой батарее и использоваться для беспроводной связи со смартфоном.
Датчик может отправить сигнал на смартфон, который отобразит данные о влажности на экране этого смартфона. По словам исследователей, он способен обеспечить точные показания уровня влажности от 5,6 до 90 процентов.
Идея носимых датчиков не нова — нынешние гибкие датчики влажности являются важной частью современного здравоохранения и используются в таких областях, как мониторинг дыхания и определение влажности кожи. Однако трудно достичь высокой чувствительности по более низкой цене, что делает эти датчики менее доступными.
«Мы хотели разработать что-то недорогое, что люди могли бы понять, как делать и использовать — и вы не можете найти более доступного, чем карандаш и бумага», — Ли Ян, профессор Школы искусственного интеллекта Китайского технологического университета Хэбэй, говорится в пресс-релизе.
«Вам не нужно иметь какое-то многомиллионное оборудование для изготовления. Вам просто нужно уметь рисовать в пределах линий предварительно нарисованного электрода на обработанном листе бумаги. Это можно сделать просто и быстро».
УМНЫЕ ПОДГУЗНИКИ ОТ МАСОК ДЛЯ ЛИЦА БЕЗ СЕНСОРНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Поместив четыре датчика влажности между абсорбирующими слоями подгузника, исследователи создали прототип «умного подгузника», который может обнаруживать влажность и сигнализировать о необходимости смены.
Ченг сказал, что идея такого использования датчика возникла из его личного опыта, так как у него двое маленьких детей.
«Нет простого способа узнать, насколько мокрым является мокрый, и эта информация может быть очень ценной для родителей», — сказал он. «Датчик может предоставлять данные в краткосрочной перспективе, чтобы предупредить о смене подгузника, а также в долгосрочной перспективе, чтобы показать закономерности, которые могут информировать родителей об общем состоянии здоровья их ребенка».
Исследователи также протестировали версию, которая работала в качестве монитора дыхания, нанеся датчик непосредственно на маску для лица, обработанную раствором.
С помощью датчика они смогли различать дыхание ртом и носом, и датчик мог обнаруживать три разных типа дыхания: глубокое, регулярное и быстрое дыхание.
Этот тип данных может быть использован для оповещения медицинского персонала, если у пациента внезапно возникло затрудненное дыхание, или может использоваться для обнаружения начала различных респираторных заболеваний.
Когда датчик применялся к задаче гидратации кожи, датчик мог определять основную влажность кожи человека, даже если пациенты недавно занимались физическими упражнениями или применяли лосьон.
«Различные типы заболеваний приводят к разной скорости потери воды нашей кожей», — сказал Ченг. «Кожа будет функционировать по-разному в зависимости от этих основных условий, которые мы сможем отметить и, возможно, охарактеризовать с помощью датчика».
Исследователи говорят, что потенциальные области применения этого типа датчиков огромны.
Его можно даже использовать в качестве бесконтактного переключателя, при этом датчик способен обнаруживать присутствие пальца, зависшего над ним, просто обнаруживая изменение влажности воздуха.
«Атомам на пальце не нужно касаться кнопки, им нужно только находиться рядом с поверхностью, чтобы рассеять молекулы воды и активировать сигнал», — сказал Ченг. «Если подумать о том, что мы узнали из пандемии о необходимости ограничить контакт тела с общими поверхностями, такой датчик может стать важным инструментом для предотвращения потенциального заражения».
Чтобы протестировать это приложение, исследователи использовали датчик для проведения нескольких экспериментов. Наведя палец на сенсор, они обнаружили, что могут перемещать миниатюрный лифт вверх, зажигать светодиоды и воспроизводить ноты на клавиатуре.
Неясно, как далеко мы продвинулись от того, чтобы умные подгузники и умные маски для лица попали на полки магазинов, но исследователи надеются, что это может привести к новым инновациям в медицинском мире.
Датчик, который вы рисуете карандашом, может быть использован для «умных подгузников», бесконтактных переключателей и респираторных мониторов0001
Александра Мэй Джонс, автор CTVNews.ca
Нажмите здесь, чтобы узнать об обновлениях этой статьи
ТОРОНТО (CTV Network) — Вскоре мы сможем определять уровень гидратации, изменения дыхания или слишком мокрый подгузник, и все это с помощью датчик нового типа — карандашный рисунок.
Исследователи из Пенсильванского государственного университета в США разработали способ мониторинга влажности и дыхания путем рисования изображения, которое работает как печатная плата, на предварительно обработанной бумаге.
Этот рисунок может посылать сигналы на ваш смартфон, и исследователи уже использовали его для создания «умного подгузника», способного предупреждать родителей о дискомфорте их ребенка.
Исследователи считают, что в будущем датчик можно будет использовать для контроля не только полного подгузника, но и проблем со здоровьем, таких как остановка сердца и пневмония, или даже для переключателей, которые не требуют контакта.
«Наша команда сосредоточилась на разработке устройств, которые могут собирать жизненно важную информацию для здоровья человека», — Хуаньюй «Ларри» Ченг, доцент Мемориала Джеймса Л. Хендерсона-младшего по инженерным наукам и механике в Пенсильванском университете и ведущий автор книги новое исследование об исследовании, говорится в пресс-релизе. «Цель — раннее прогнозирование заболеваний и состояния здоровья, чтобы выявить проблемы, пока не стало слишком поздно».
Исследование, опубликованное в декабре в рецензируемом журнале Nano Letters, описывает, как работает датчик, и некоторые из первых применений, протестированных исследователями. КАК РИСУНОК ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ДАТЧИК?
Исследователи объяснили, что датчик создается с помощью карандаша для рисования на бумаге, обработанной раствором хлорида натрия.
Когда молекулы воды в окружающей среде вокруг рисунка впитываются в бумагу и смешиваются с раствором хлорида натрия, раствор ионизируется, создавая электроны, которые текут через графит карандашных отметок.
Печатные платы, используемые в компьютерах и других электронных устройствах, состоят из медных линий, расположенных под определенным углом. Медь используется в качестве канала для передачи электрической информации, и именно этот процесс воспроизводят исследователи, за исключением того, что эта печатная плата выложена карандашом, а не медью.
Бумажный датчик можно подключить к компьютеру с помощью медных проводов и токопроводящей серебряной пасты или подключить к крошечной литиевой батарее и использовать для беспроводной связи со смартфоном.
Датчик может отправить сигнал на смартфон, который отобразит данные о влажности на экране этого смартфона. По словам исследователей, он способен обеспечить точные показания уровня влажности от 5,6 до 90 процентов.
Идея носимых датчиков не нова — современные гибкие датчики влажности являются важной частью современного здравоохранения и используются в таких областях, как мониторинг дыхания и определение влажности кожи.
Однако трудно достичь высокой чувствительности по более низкой цене, что делает эти датчики менее доступными.
«Мы хотели разработать что-то недорогое, что люди могли бы понять, как делать и использовать — и вы не можете найти более доступного, чем карандаш и бумага», — Ли Ян, профессор Школы искусственного интеллекта в китайском Хэбэйском университете. Технология», — говорится в сообщении. «Вам не нужно иметь какое-то многомиллионное оборудование для изготовления. Вам просто нужно уметь рисовать в пределах линий предварительно нарисованного электрода на обработанном листе бумаги. Это можно сделать просто и быстро». ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ПОДГУЗНИКИ ДО МАСОК ДЛЯ ЛИЦА БЕЗ СЕНСОРНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Поместив четыре датчика влажности между абсорбирующими слоями подгузника, исследователи создали прототип «умного подгузника», который может обнаруживать влажность и сигнализировать о необходимости смены.
Ченг сказал, что идея такого использования датчика возникла из его личного опыта, так как у него двое маленьких детей.
«Нет простого способа узнать, насколько мокрый — мокрый, и эта информация может быть очень ценной для родителей», — сказал он. «Датчик может предоставлять данные в краткосрочной перспективе, чтобы предупредить о смене подгузника, а также в долгосрочной перспективе, чтобы показать закономерности, которые могут информировать родителей об общем состоянии здоровья их ребенка».
Исследователи также испытали версию, которая работала как монитор дыхания, нанеся датчик непосредственно на обработанную раствором лицевую маску.
С помощью датчика они смогли различать дыхание ртом и носом, и датчик мог определить три различных типа дыхания: глубокое, регулярное и быстрое дыхание.
Этот тип данных может быть использован для оповещения медицинского персонала, если у пациента внезапно возникло затрудненное дыхание, или может использоваться для обнаружения начала различных респираторных заболеваний.
Когда датчик применялся для определения гидратации кожи, датчик мог определять основную влажность кожи человека, даже если пациенты недавно занимались физическими упражнениями или применяли лосьон.
«Разные типы заболеваний приводят к разной скорости потери воды нашей кожей», — сказал Ченг. «Кожа будет функционировать по-разному в зависимости от этих основных условий, которые мы сможем отметить и, возможно, охарактеризовать с помощью датчика».
Исследователи говорят, что потенциальные области применения этого типа датчиков огромны.
Его можно использовать даже в качестве бесконтактного переключателя, при этом датчик способен обнаруживать присутствие пальца, зависшего над ним, просто определяя изменение влажности воздуха.
«Атомам на пальце не нужно касаться кнопки, им нужно только находиться рядом с поверхностью, чтобы рассеять молекулы воды и активировать сигнал», — сказал Ченг. «Если подумать о том, что мы узнали из пандемии о необходимости ограничить контакт тела с общими поверхностями, такой датчик может стать важным инструментом для предотвращения потенциального заражения».
Чтобы протестировать это приложение, исследователи использовали датчик для проведения нескольких экспериментов.