Istraživači sa Univerziteta Alabama u Hantsvilu (UAH) dizajnirali su biosenzor koji se može nositi koji nudi novi način merenja aktivacije ljudskih mišića kako bi se potencijalno sprečile povrede i poboljšale atletske performanse. Revolucionarni dizajn je izgrađen oko novog tipa triboelektričnog nanogeneratora (TENG), uređaja koji pretvara mehaničku ili toplotnu energiju u električnu energiju za upotrebu u nosivoj elektronici, čija će proizvodnja koštati manje od tradicionalne nanotehnologije.
UAH-ov novi senzor koristi lepljive materijale za prikupljanje energije prenosom električnog naboja između dva objekta kada dodiruju ili klize jedan o drugi. Ovaj napredak je detaljno opisan u radu objavljenom u Journal of Materials Chemistri B u koautorstvu dr Gang Vanga, vanrednog profesora na Fakultetu inženjeringa, dr Iu Leia, predsedavajućeg i vanrednog profesora hemije i inženjerstva materijala, dr Rajana Conners, vanredni profesor kineziologije i dr Moonhiung Jang, asistent na postdoktorskom istraživanju u UAH, deo sistema Univerziteta Alabama.
„Nosivi biosenzori pružaju nove uvide u poboljšanje ljudskih performansi i blagostanja“, objašnjava Vang. „Naš novi dizajn triboelektričnog biosenzora koji se može nositi sastoji se od škotske trake i metalizovane poliesterske ploče. Kada se pritisne i otpusti, možemo da otkrijemo ljudske pokrete koji uključuju lakt, koleno, prst, oko i vilicu. Dizajn je napredak jer je samonapajan, lagan, jeftin i za jednokratnu upotrebu.“
Trenutni nosivi TENG uređaji za ljudsko telo prate i sprečavaju teške telesne povrede za medicinske pacijente i sportiste, ali zahtevaju stručnost nanotehnologije i skupe proizvodne metode za proizvodnju. „Naš biosenzor uključuje samo komercijalne materijale koji se nalaze na policama i jednostavnu šemu proizvodnje u poređenju sa onima koji se koriste u senzorima zasnovanim na TENG“, napominje Vang. „Pored toga, nije mu potreban spoljni izvor napajanja da bi funkcionisao.“
Veličina konvencionalnih uređaja takođe ima tendenciju da bude prilično velika, relativno govoreći, u poređenju sa UAH uređajem, a ljudska koža mora da služi kao još jedan triboelektrični sloj, što znači da se performanse senzora mogu pogoršati znojenjem ili drugim promenama u stanju kože. UAH-ov uređaj koji koristi „lepljive“ materijale pojednostavljuje dizajn i pruža udobnije korisničko iskustvo i može detektovati pokrete koji uključuju i grube i fine motorne pokrete.
„Koristili smo senzor nekoliko sati u laboratorijskom testu“, kaže Vang. „Pošto je veoma isplativ, lako bismo mogli da primenimo novi ako je potrebno. Senzor se može postaviti bilo gde na telu na lokaciji sa indukovanim pokretom kože kada je povezani mišić aktiviran. Na primer, mogu se okarakterisati različiti pokreti kolena analizom prikupljenih naponskih signala.
„Takođe smo uporedili performanse našeg senzora sa elektromiografskim senzorom u izokinetičkom testu ekstenzije nogu. Istražujemo mogućnosti da sprovedemo dalje testove uključivanjem više ljudskih subjekata i tražimo potencijalnu komercijalizaciju našeg senzora za nošenje. Radimo sa grupom dr Konersa da uključi više ljudskih predmeta ovog prolećnog semestra“.
Kontrakcija i opuštanje kože tokom kretanja tela aktiviraju kontakt i razdvajanje između slojeva polipropilena i akrilnog lepka. Demonstracije su sprovedene da bi se otkrili različiti pokreti tela, uključujući fleksiju lakta, protonaciju/supinaciju podlaktice, fleksiju/ekstenziju kolena, proksimalno interfalangealno savijanje/ekstenziju, treptanje oka i još mnogo toga.
„Patent za ovaj uređaj je podnet u novembru 2023. godine“, prenosi Vang. „Prema našem iskustvu, biće potrebno više od godinu dana da odobrimo naš patent nakon ispitivanja.“
