Uuendusandurid võimaldavad arukamate tekstiilide kasutamist

Anonim

Delaware'i ülikooli inseneride meeskond töötab välja järgmise põlvkonna arukad tekstiilid, luues paljude kiudude, sealhulgas puuvilla, nailoni ja villa paindlike süsinikust nanotorude komposiitkatteid. Nende avastustest teatatakse ajakirjas ACS Sensors, kus nad demonstreerivad suutlikkust mõõta erakordselt suurt survet - sõrmeotsa kergest puudutamisest kuni tõstuki käitamiseni.

Selle sensing tehnoloogiaga kaetud riidest võiks kasutada tulevikus "nutikaid rõivaid", kus andurid libisevad kingade talladesse või õmmeldakse riietesse inimtegevuse tuvastamiseks.

Süsinikust nanotorud annavad selle kerge, painduva, hingavale kangale muljetavaldava sensatsioonivõime. Kui materjal surutakse kokku, on kergesti mõõdetavad suured elektrilised muutused kangas.

"Andurina on see väga tundlik jõudude suhtes, mis ulatuvad puutetundidest tonnini, " ütles Erik Thostenson, mehaanika ja materjaliteaduse ja -tehnoloogia osakondade dotsent.

Polüetüleenimiin-funktsionaliseeritud süsinik-nanotorude elektroforeetiline sadestamine (EPD) põhineb närvilistel elektrit juhtivatel nanokomposiidkihtidel.

"Filmid toimivad palju nagu värvi, mis lisab elektrilise sensing funktsionaalsust, " ütles Thostenson. "Minu laboris välja töötatud EPD-protsess loob selle väga ühtlase nanokomposiidkihi, mis on tihedalt seotud kiudude pinnaga. See protsess on edaspidiste rakenduste jaoks tööstuslikult skaleeritav."

Nüüd saavad teadlased lisada need andurid kangale viisil, mis ületab tänapäevaseid arukate tekstiilide valmistamise meetodeid. Olemasolevad tehnikad, nagu näiteks metalli või kudumislõnga ja metallist köidetega katmine, võivad vähendada kangaste mugavust ja vastupidavust, ütles Thostenson, kes juhib UD mitmefunktsionaalsete komposiidide laboratooriumi. Thostensoni grupi poolt välja töötatud nanokomposiitkiht on paindlik ja meeldiv, puudutades seda ning seda on testitud mitmesugustel looduslikel ja sünteetilistel kiududel, sealhulgas kevlar, vill, nailon, spandex ja polüester. Katted on ainult paksus 250-750 nanomeetrit - umbes 0, 25 kuni 0, 75 protsenti nii paks kui paberitükk ja lisavad vaid umbes grammi kaalu tüüpilise kinga või rõiva suhtes. Veelgi enam, andurkatte valmistamiseks kasutatavad materjalid on odavad ja suhteliselt keskkonnasõbralikud, kuna neid saab toatemperatuuril töödelda veega lahustitena.

Tulevikurakenduste uurimine

Anduriga kaetud kangas üks potentsiaalne rakendus on inimeste jalgadele jõudude mõõtmisel jalgsi. Need andmed võivad aidata arstidel hinnata ebakõla pärast vigastusi või aidata vältida vigastusi sportlastel. Täpsemalt, Thostensoni uurimisrühm töötab koostöös Jill Higginsoniga, masinaehituse professoriga ja UD Neuromuskulaarse biomechanika labori direktori ja tema grupiga, mis on osa Delaware INBRE rahastatavast pilootprojektist. Nende eesmärk on näha, kuidas need andurid jalatsite sisustamisel on võrreldavad biomehaaniliste laboratoorsete tehnikatega, nagu instrumentaarsed jooksureid ja liikumisvõtteid.

Laboratoorselt testimisel teavad inimesed, et neid jälgitakse, kuid väljaspool laborit võib käitumine olla erinev.

"Üks meie ideedest on see, et saaksime kasutada neid uudseid tekstiile väljaspool laboratoorset seadet - kõndides tänavalt, kodus, igal pool, " ütles Thostenson.

Sagard Doshi, UD mehaanikateaduse doktorant, on peamine autor. Ta töötas sensorite tegemisel, optimeerides nende tundlikkust, testides nende mehaanilisi omadusi ja integreerides need sandaalidesse ja kingadesse. Ta on andnud esialgsetesse katsetesse sensoreid ja siiani koguvad andurid kogutud andmeid jõuvõtuvõrguga kogutud labori abil, mis tavaliselt maksab tuhandeid dollareid.

"Kuna madala hinna andur on õhuke ja paindlik, on olemas võimalus luua kohandatud jalatsid ja muud rõivad integreeritud elektroonikaga, et säilitada andmeid nende igapäevases elus, " ütles Doshi. "Neid andmeid võiksid hiljem uurida teadlased või terapeudid, et hinnata tulemuslikkust ja lõpuks vähendada tervishoiuteenuste kulusid."

See tehnoloogia võib olla ka paljutõotav spordiarstirakenduste, kirurgilise sekretoorse taastumise ja liikumisraskuste hindamisel lastel.

"Laste liikumisandmete kogumine võib teatud aja jooksul ja realistlikus kontekstis olla keeruline, " ütles Wilmingtonis Nemours-Alfred I. duPont'i haigla lapsepõlves kliiniliste uuringute ja arendustegevuse keskuse direktor Robert Akins. ja UD meditsiiniteaduste ja inseneride, biomeditsiini inseneri ja bioloogiateaduste professor. "Nõrgad, paindlikud, ülitundlikud sensorid, nagu need võiksid aidata füsioterapeutid ja arstid hinnata lapse liikuvust kaugelt, mis tähendab, et arstid võiksid koguda rohkem andmeid ja võimalikult paremaid andmeid, kulutõhusalt, mis nõuab vähem külastusi kliinikus kui praegune meetodid teevad. "

Interdistsiplinaarne koostöö on tulevaste rakenduste arendamisel hädavajalik, ja UD-s on inseneridel ainulaadne võimalus töötada teaduskonna ja üliõpilastega UD teadus-, tehnoloogia- ja täppisteaduste (STAR) ülikoolilinnakult.

"Kuna insenerid, arendame uusi materjale ja andureid, kuid me ei mõista alati arstide, füsioterapeutide ja patsientide põhiprobleeme, " ütles Doshi. "Me teeme koostööd nendega, et töötada välja probleemid, millega nad kokku puutuvad, või suunata nad olemasolevasse lahendusse või luua uuenduslik lahendus selle probleemi lahendamiseks."

Thostensoni uurimisgrupp kasutab ka nanotube põhinevaid andureid muude rakenduste jaoks, nagu struktuurne tervisekontroll.

"Oleme pikka aega töötanud koos süsinik-nanotorude ja nanotorudega ühendatud anduritega, " ütles Thostenson, kes on UD Composite Materials Center'i (UD-CCM) liitunud teaduskond. Tsiviilehitustöötajatega töötades on tema rühm alustanud paindlike nanotorude sensorite väljatöötamist, et aidata avastada pragusid sildades ja muudes laiaulatuslikes struktuurides. "Üks asi, mis on mulle alati komplimente imestanud, on see, et me kujundame neid erineva pikkusega, kogu ulatuses makroskoopiliste osade geomeetriaga, lennukiga või lennuki tiibaga või auto osaga, kanga struktuuri või kiududega Kuigi meie uuringud võivad olla olulised, on alati silm peal rakenduste poole. UD-CCMil on pikk ajalugu põhiõiguste tõlgendamiseks. UD-CCMi tööstusliku konsortsiumiga läbi viidud uurimistööde tulemused laboratooriumis kommertstoodetele. "

menu
menu