29 de noviembre de 2022 (Noticias de Nanowerk) Los sensores de tensión flexibles y portátiles monitorean discretamente las pequeñas vibraciones de la piel humana en tiempo real y con gran precisión, gracias a las técnicas de fabricación innovadoras que utilizan materiales compuestos. La alta sensibilidad y un amplio rango de trabajo son parámetros clave para un sensor de deformación de alta calidad, pero es difícil lograr ambas características en el mismo sensor debido a las limitaciones de estructura y conductividad. En un estudio reciente en Nano investigación (“Sensor de deformación ultrasensible y de amplia aplicación habilitado por nanofibras de carbono con doble alineación para interfaces hombre-máquina”), investigadores de la Universidad de Tsinghua presentaron un diseño de sensor de deformación flexible con una membrana hecha de nanofibras de carbono (CNF) paralelas y alineadas al azar que logra una alta sensibilidad y un amplio rango de detección de deformación. Los sensores de tensión flexibles tienen aplicaciones en el control de la salud y la actividad, los textiles inteligentes y la interacción hombre-máquina. El equipo de investigación de la Universidad de Tsinghua diseñó un sensor de tensión flexible para un sistema de reconocimiento del lenguaje de los labios que puede ayudar a las personas con cuerdas vocales dañadas a navegar la comunicación diaria.
Científicos de la Universidad de Tsinghua presentaron un diseño de sensor de deformación flexible que logra una alta sensibilidad y un amplio rango de detección de deformación basado en el diseño de una membrana integrada que contiene nanofibras de carbono (CNF) alineadas paralelamente y al azar. La membrana CNF alineada en paralelo exhibe un límite de detección de tensión bajo y alta sensibilidad, mientras que la membrana CNF alineada aleatoriamente exhibe un amplio rango de detección de tensión. (© Nano Research) "El sistema de reconocimiento del lenguaje de los labios puede traducir oraciones directa y rápidamente para personas con cuerdas vocales dañadas", dijo el primer autor Peng Bi de la Universidad de Tsinghua. “Esto reduce en gran medida las barreras en la comunicación diaria”. Para cumplir con este propósito, un sensor flexible debe poder recopilar información de grandes movimientos de los músculos faciales y, al mismo tiempo, distinguir cambios más sutiles. “La única forma de cumplir con este requisito es preparar un sensor de deformación flexible con alta sensibilidad y amplio rango de detección de deformación”, dijo Bi.
A diferencia de los sensores convencionales hechos de metal rígido y voluminoso, los sensores flexibles pueden moverse y adaptarse a la piel humana sin causar molestias. Esta clase de sensores generalmente se fabrican con polímeros elásticos combinados con materiales conductores, como grafeno, nanotubos de carbono, nanopartículas metálicas, nanocables metálicos o metales líquidos, lo que les permite integrarse en la ropa o adherirse directamente a la piel humana.
Hasta ahora, la mayoría de los sensores de deformación portátiles informados mostraban un amplio rango de deformación funcional o una alta sensibilidad, pero no ambas cosas. Según el material, un sensor de deformación con un amplio rango de detección de deformación puede flexionarse o estirarse más del 400 %. Sin embargo, un sensor con un amplio rango de detección de tensión generalmente muestra un valor de factor de calibre bajo, que es un indicador de la sensibilidad y se refiere a una capacidad limitada para detectar vibraciones diminutas debajo de la piel.
Las dos características ventajosas parecían ser mutuamente excluyentes: para lograr una alta sensibilidad, la conductividad de la capa de detección de la microestructura debe cambiar significativamente cuando se detecta una vibración. Por el contrario, para lograr un amplio rango de detección, la capa de detección debe ser conductora continua, incluso bajo una gran tensión de tracción. Como tal, la alta sensibilidad con un amplio rango de detección de tensión parecía estar fuera del alcance, especialmente para los sensores compuestos por un solo medio conductor.
Bi y el equipo de la Universidad de Tsinghua idearon una estrategia para realizar ambas características deseadas simultáneamente.
Cuando las nanofibras de carbono de una membrana se alinean en paralelo (p-CNF), la membrana exhibe un límite de detección de tensión bajo y alta sensibilidad, mientras que una membrana CNF alineada aleatoriamente (r-CNF) exhibe un rango de detección de tensión más amplio. Al apilar membranas de nanofibras de carbono paralelas y alineadas aleatoriamente, los investigadores crearon un sensor de deformación flexible con alta sensibilidad y amplio rango de detección de deformación.
“Sorprendentemente, el sensor de deformación basado en p/r-CNF obtenido mostró un límite de detección de deformación tan pequeño como 0.005 % y un valor de factor de calibre ultra alto de hasta 1272 para deformaciones por debajo del 0.5 %”, dijo Bi. “Al mismo tiempo, su límite máximo de detección de tensión es del 100 %, lo que cumple con los requisitos para detectar la mayoría de los movimientos humanos”. El equipo demostró que el sensor podía distinguir con precisión movimientos grandes como la flexión de las articulaciones y también detectar movimientos menores como la expresión facial, la rotación de los ojos, el pulso y el habla.
Como prueba de concepto, desarrollaron un sistema inteligente de reconocimiento del lenguaje de los labios mediante la integración de sensores de tensión p/r-CNF, Arduino y un altavoz. El sistema puede "leer los labios", rastrear correctamente los símbolos fonéticos al interpretar los movimientos de los labios y luego ejecutar las instrucciones correspondientes, como luces de salida o señales de audio.
“El sistema de reconocimiento tiene el potencial de ayudar a las personas con discapacidades del lenguaje, lo que demuestra el potencial de este sensor de tensión en la gestión de la salud y la asistencia médica”, dijo Bi.
“Construiremos escenarios de aplicación del sistema de reconocimiento de lenguaje de labios y mejoraremos la comodidad y la portabilidad del uso”, dijo Bi. “Esperamos que un dispositivo portátil de este tipo pueda convertirse en una segunda boca para las personas con daños en las cuerdas vocales y mitigar el efecto de este tipo de lesiones en la vida diaria de alguien”. El diseño de estructura de alineación dual del sensor de deformación p/r-CNF también se puede aplicar en el diseño de otros sensores de alto rendimiento.
Científicos de la Universidad de Tsinghua presentaron un diseño de sensor de deformación flexible que logra una alta sensibilidad y un amplio rango de detección de deformación basado en el diseño de una membrana integrada que contiene nanofibras de carbono (CNF) alineadas paralelamente y al azar. La membrana CNF alineada en paralelo exhibe un límite de detección de tensión bajo y alta sensibilidad, mientras que la membrana CNF alineada aleatoriamente exhibe un amplio rango de detección de tensión. (© Nano Research) "El sistema de reconocimiento del lenguaje de los labios puede traducir oraciones directa y rápidamente para personas con cuerdas vocales dañadas", dijo el primer autor Peng Bi de la Universidad de Tsinghua. “Esto reduce en gran medida las barreras en la comunicación diaria”. Para cumplir con este propósito, un sensor flexible debe poder recopilar información de grandes movimientos de los músculos faciales y, al mismo tiempo, distinguir cambios más sutiles. “La única forma de cumplir con este requisito es preparar un sensor de deformación flexible con alta sensibilidad y amplio rango de detección de deformación”, dijo Bi.
A diferencia de los sensores convencionales hechos de metal rígido y voluminoso, los sensores flexibles pueden moverse y adaptarse a la piel humana sin causar molestias. Esta clase de sensores generalmente se fabrican con polímeros elásticos combinados con materiales conductores, como grafeno, nanotubos de carbono, nanopartículas metálicas, nanocables metálicos o metales líquidos, lo que les permite integrarse en la ropa o adherirse directamente a la piel humana.
Hasta ahora, la mayoría de los sensores de deformación portátiles informados mostraban un amplio rango de deformación funcional o una alta sensibilidad, pero no ambas cosas. Según el material, un sensor de deformación con un amplio rango de detección de deformación puede flexionarse o estirarse más del 400 %. Sin embargo, un sensor con un amplio rango de detección de tensión generalmente muestra un valor de factor de calibre bajo, que es un indicador de la sensibilidad y se refiere a una capacidad limitada para detectar vibraciones diminutas debajo de la piel.
Las dos características ventajosas parecían ser mutuamente excluyentes: para lograr una alta sensibilidad, la conductividad de la capa de detección de la microestructura debe cambiar significativamente cuando se detecta una vibración. Por el contrario, para lograr un amplio rango de detección, la capa de detección debe ser conductora continua, incluso bajo una gran tensión de tracción. Como tal, la alta sensibilidad con un amplio rango de detección de tensión parecía estar fuera del alcance, especialmente para los sensores compuestos por un solo medio conductor.
Bi y el equipo de la Universidad de Tsinghua idearon una estrategia para realizar ambas características deseadas simultáneamente.
Cuando las nanofibras de carbono de una membrana se alinean en paralelo (p-CNF), la membrana exhibe un límite de detección de tensión bajo y alta sensibilidad, mientras que una membrana CNF alineada aleatoriamente (r-CNF) exhibe un rango de detección de tensión más amplio. Al apilar membranas de nanofibras de carbono paralelas y alineadas aleatoriamente, los investigadores crearon un sensor de deformación flexible con alta sensibilidad y amplio rango de detección de deformación.
“Sorprendentemente, el sensor de deformación basado en p/r-CNF obtenido mostró un límite de detección de deformación tan pequeño como 0.005 % y un valor de factor de calibre ultra alto de hasta 1272 para deformaciones por debajo del 0.5 %”, dijo Bi. “Al mismo tiempo, su límite máximo de detección de tensión es del 100 %, lo que cumple con los requisitos para detectar la mayoría de los movimientos humanos”. El equipo demostró que el sensor podía distinguir con precisión movimientos grandes como la flexión de las articulaciones y también detectar movimientos menores como la expresión facial, la rotación de los ojos, el pulso y el habla.
Como prueba de concepto, desarrollaron un sistema inteligente de reconocimiento del lenguaje de los labios mediante la integración de sensores de tensión p/r-CNF, Arduino y un altavoz. El sistema puede "leer los labios", rastrear correctamente los símbolos fonéticos al interpretar los movimientos de los labios y luego ejecutar las instrucciones correspondientes, como luces de salida o señales de audio.
“El sistema de reconocimiento tiene el potencial de ayudar a las personas con discapacidades del lenguaje, lo que demuestra el potencial de este sensor de tensión en la gestión de la salud y la asistencia médica”, dijo Bi.
“Construiremos escenarios de aplicación del sistema de reconocimiento de lenguaje de labios y mejoraremos la comodidad y la portabilidad del uso”, dijo Bi. “Esperamos que un dispositivo portátil de este tipo pueda convertirse en una segunda boca para las personas con daños en las cuerdas vocales y mitigar el efecto de este tipo de lesiones en la vida diaria de alguien”. El diseño de estructura de alineación dual del sensor de deformación p/r-CNF también se puede aplicar en el diseño de otros sensores de alto rendimiento.
- Coinsmart. El mejor intercambio de Bitcoin y criptografía de Europa.Haga clic aquí
- Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61929.php
