Et pengeskab, bærbar blød sensor

Børn født for tidligt udvikler ofte neuromotoriske og kognitive udviklingshæmninger. Den bedste måde at reducere virkningerne af disse handicap er at fange dem tidligt gennem en række kognitive og motoriske tests. Men præcist at måle og registrere små børns motoriske funktioner er vanskelig. Som enhver forælder vil fortælle dig, småbørn har en tendens til ikke at kunne lide at bære omfangsrige enheder på deres hænder og har en forkærlighed for at indtage ting, de ikke burde.

Harvard University forskere har udviklet en blød, giftfri, bærbar sensor, der diskret fastgøres til hånden og måler kraften af ​​et greb og bevægelsen af ​​hånden og fingrene.

Forskningen blev offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer og er et samarbejde mellem Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Beth Israel Deaconess Medical Center, og Boston Children's Hospital.

Et nyt element i sensoren er en ikke-giftig, stærkt ledende flydende opløsning.

"Vi har udviklet en ny type ledende væske, der ikke er farligere end en lille dråbe saltvand, " sagde Siyi Xu, en kandidatstuderende ved SEAS og førsteforfatter af papiret. "Det er fire gange mere ledende end tidligere biokompatible løsninger, fører til renere, mindre støjende data."

Harvard's Office of Technology Development har indsendt en portefølje af intellektuel ejendom i forbindelse med arkitekturen af ​​nye bløde sensorer og søger kommercialiseringsmuligheder for disse teknologier.

Føleopløsningen er lavet af kaliumiodid, som er et almindeligt kosttilskud, og glycerol, som er et almindeligt fødevaretilsætningsstof. Efter en kort blandingsperiode, glycerolen bryder krystalstrukturen af ​​kaliumiodid og danner kaliumkationer (K+) og iodidioner (I-), gør væsken ledende. Fordi glycerol har en lavere fordampningshastighed end vand, og kaliumiodidet er meget opløseligt, væsken er både stabil over en række temperaturer og fugtighedsniveauer og meget ledende.

"Tidligere biokompatible bløde sensorer er blevet fremstillet ved hjælp af natriumchlorid-glycerol-opløsninger, men disse opløsninger har lav ledningsevne, hvilket gør sensordataene meget støjende, og det tager også omkring 10 timer at forberede, " sagde Xu. "Vi har forkortet det ned til omkring 20 minutter og får meget rene data."

Sensorernes design tager også hensyn til børns behov. I stedet for en omfangsrig handske, silicium-gummi-sensoren sidder på toppen af ​​fingeren og på fingerpuden.

"Vi ser ofte, at børn, der er født tidligt, eller som er blevet diagnosticeret med tidlige udviklingsforstyrrelser, har meget følsom hud, " sagde Eugene Goldfield, medforfatter af undersøgelsen og lektor i programmet i adfærdsvidenskab ved Boston Children's Hospital og Harvard Medical School og Associate Faculty Member af Wyss Institute ved Harvard University. "Ved at holde sig til toppen af ​​fingeren, denne enhed giver nøjagtige oplysninger, mens den bevæger sig følsomt omkring barnets hånd."

Goldfield er hovedefterforsker af Flexible Electronics for Toddlers-projektet ved Wyss Institute, som designer modulære robotsystemer til småbørn født for tidligt og med risiko for cerebral parese.

Goldfield og hans kolleger studerer i øjeblikket motorisk funktion ved hjælp af Motion Capture Lab ved SEAS og Wyss. Mens motion capture kan fortælle meget om bevægelse, den kan ikke måle kraft, som er afgørende for diagnosticering af neuromotoriske og kognitive udviklingshæmninger.

"Tidlig diagnose er navnet på spillet, når det kommer til behandling af disse udviklingshæmninger, og denne bærbare sensor kan give os en masse fordele, som ikke er tilgængelige i øjeblikket, sagde Goldfield.

Dette papir testede kun enheden på voksne hænder. Næste, forskerne planlægger at nedskalere enheden og teste den på børns hænder.

"Evnen til at kvantificere komplekse menneskelige bevægelser giver os et hidtil uset diagnostisk værktøj, " siger Rob Wood, Charles River professor i ingeniørvidenskab og anvendt videnskab ved SEAS, Grundlægger af kernefakultetets medlem af Wyss Institute, og seniorforfatter af undersøgelsen. "Fokus på udvikling af motoriske færdigheder hos småbørn giver unikke udfordringer for, hvordan man integrerer mange sensorer i en lille, letvægts, og diskret bærbar enhed. Disse nye sensorer løser disse udfordringer – og hvis vi kan skabe bærbare sensorer til en så krævende opgave, vi tror, ​​at dette også vil åbne op for applikationer inden for diagnostik, terapeutiske midler, menneske-computer grænseflader, og virtual reality."