صحة

بشرة إلكترونية لاسلكية خالية من الرقائق لمراقبة الصحة

يمكنك حتى اكتشاف الجلوكوز المرتبط بمستويات التوتر من خلال مستشعر الجلد الإلكتروني اللاسلكي “متعدد الاستخدامات”.

يستشعر الجهاز الإشارات وينقلها لاسلكيًا بدون رقائق أو بطاريات كبيرة الحجم.
المصدر: Researchers/MIT
في تطور هام، طور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بشرة إلكترونية لاسلكية فئة جديدة من أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي يمكن ارتداؤها والتي تشبه الجلد لمراقبة الصحة التي لا تتطلب بطاريات أو معالجًا داخليًا.
تصميم المستشعر الذي صممه الفريق هو شكل من أشكال الجلد الإلكتروني، أو “الجلد الإلكتروني” – وهو فيلم مرن وشبه موصل يتوافق مع الجلد مثل شريط سكوتش إلكتروني، وفقًا لبيان صحفي نشره معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
قال يونغين كيم، مؤلف الدراسة الأول، “إذا كان هناك أي تغيير في النبض، أو المواد الكيميائية في العرق. أو حتى التعرض للأشعة فوق البنفسجية للجلد. فإن كل هذا النشاط يمكن أن يغير نمط الموجات الصوتية السطحية على فيلم نيتريد الغاليوم”. باحث ما بعد الدكتوراة سابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
وأضاف كيم، الذي يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة سينسيناتي، “إن حساسية فيلمنا عالية جدًا بحيث يمكنه اكتشاف هذه التغييرات”. تتيح التكنولوجيا اللاسلكية إمكانية توصيل ضغط دم الشخص ومعدل ضربات القلب ومستويات الجلوكوز ومستويات النشاط بسهولة من المستشعر إلى الهاتف الذكي لإجراء تحليل إضافي، مما يجعل أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء شائعة بشكل لا يصدق.
تتواصل غالبية المستشعرات اللاسلكية حاليًا باستخدام شرائح يلوتوث المضمنة، والتي يتم تشغيلها بواسطة بطاريات صغيرة.

كيف يعمل المستشعر الجديد؟

نيتريد الغاليوم، مادة معروفة بقدراتها الكهروإجهادية. والتي تسمح لها بإصدار إشارة كهربائية كرد فعل على الإجهاد الميكانيكي والاهتزاز ميكانيكيًا استجابة لنبض كهربائي. وتشكل جوهر المستشعر على شكل فيلم رقيق للغاية وعالي الجودة.

اكتشف الباحثون أنه يمكنهم استخدام خصائص كهرضغطية ثنائية الاتجاه لنتريد الغاليوم للاستشعار والنقل اللاسلكي في نفس الوقت.

ابتكر العلماء عينات نقية أحادية البلورة من نيتريد الغاليوم. قاموا بدمجها مع طبقة موصلة من الذهب لتعزيز أي إشارة كهربائية واردة أو صادرة.

أظهروا أن المادة يمكن أن تهتز استجابةً لضربات قلب الشخص والملح في عرقه وأن الاهتزازات تنتج إشارة كهربائية يمكن تفسيرها بواسطة جهاز استقبال قريب. سمح ذلك للجهاز بتوصيل بيانات المستشعر بدون شريحة أو بطارية لاسلكيًا.

قال المؤلف المشارك للدراسة، جيهوان كيم، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية: “تتطلب الرقائق الكثير من الطاقة. لكن أجهزتنا يمكن أن تجعل النظام خفيفًا للغاية دون الحاجة إلى أي رقائق متعطشة للطاقة”.

أضاف كيم، وهو أيضًا باحث رئيسي في مختبر الأبحاث بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يمكنك وضعه على جسمك مثل ضمادة. وإقرانه بقارئ لاسلكي على هاتفك المحمول. يمكنك مراقبة نبضك وعرقك والإشارات البيولوجية الأخرى لاسلكيًا”. الالكترونيات.

بشرة إلكترونية لاسلكية “متعددة الاستخدامات”

تم نزع مادة كهرضغطية حساسة للغاية في حالتها النقية الخالية من العيوب بعيدًا عن الألواح شديدة الرقة أحادية البلورة في أحدث عمل بواسطة المهندسين باستخدام طريقة كيم القديمة.

يمكن للمادة الكهروإجهادية أن تحول في نفس الوقت الاهتزاز أو التردد “الطنين” المتأصل لجهاز استشعار قائم على نيتريد الغاليوم مرتبط بالجلد في إشارة كهربائية ، يمكن لجهاز الاستقبال اللاسلكي اكتشاف ترددها.

ستتغير الإشارة الكهربائية التي يوفرها المستشعر تلقائيًا للمستقبل إذا تغيرت ظروف الجلد ، مثل تسارع معدل ضربات القلب.

ابتكر العلماء طبقة صغيرة من نيتريد الغاليوم النقي عالي الجودة. لقد اعتبروا نيتريد الغاليوم والذهب مثالاً على الجلد الإلكتروني لأنه لا يتجاوز سمكه 250 نانومتر ، أو أرق 100 مرة من عرض شعرة الإنسان.

قاموا بربط الجلد الإلكتروني الجديد بمعصمي وأعناق المتطوعين واستخدموا هوائيًا صغيرًا بالقرب منهم لتسجيل تردد المستشعر لاسلكيًا دون لمس المستشعر نفسه.

يمكن للجهاز أن يكتشف وينقل لاسلكيًا الاختلافات في الموجات الصوتية السطحية لنتريد الغاليوم على جلد المشاركين التي ارتبطت بمعدلات ضربات القلب.

وفقًا للباحثين ، تمثل النتائج الخطوة الأولى نحو أجهزة استشعار لاسلكية خالية من الشرائح. ويعتقدون أيضًا أنه يمكن استخدام التكنولوجيا الحالية جنبًا إلى جنب مع أغشية انتقائية أخرى لتتبع مؤشرات مهمة إضافية.

قال جون مين سوه، مؤلف مشارك في الدراسة وباحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “لقد أظهرنا استشعار الصوديوم ، ولكن إذا قمت بتغيير غشاء الاستشعار ، يمكنك اكتشاف أي مؤشر حيوي مستهدف ، مثل الجلوكوز أو الكورتيزول المرتبط بمستويات التوتر”.

“إنها منصة متعددة الاستخدامات تمامًا.”

للإطلاع على البحث كاملاً هنا

 

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى