Појава преносивих и носивих електронских уређаја потпуно је револуционирала друштво. Преносиви електронски уређаји као што су мобилни телефони, лаптопови и паметни сатови су олакшали живот људима. Човек се може одмах повезати и уживо видети своје ближње или пријатеље који живе на другом углу света путем интернет видео позива. Раније је индустрија полупроводника заснована на силицијуму играла велику улогу у развоју електронске и информационе индустрије.
Међутим, са доласком нових технологија као што су интернет ствари (ИоТ), вештачка интелигенција, даљинско праћење здравља, паметне куће, интеракција човека и машине, итд., конвенционална индустрија заснована на силицијуму суочава се са новим изазовима.
Данас је електроника која се може носити, са интегрисаном механичком флексибилношћу и електронском функционалношћу, показала изузетан развој и напредак у поређењу са конвенционалном крутом електроником на бази силицијума.
Са најновијим истраживањима у науци о материјалима, чак је могуће произвести електронска кола која нису само флексибилна већ и растезљива, што им омогућава да се користе у ширем спектру апликација.
Флексибилна и носива електроника има широку примену у медицинској и здравственој индустрији. Због технолошке фузије вештачке интелигенције и интернета ствари (ИоТ) са медицинским електронским уређајима као што су сензори, актуатори, итд., постало је могуће даљински мерити и анализирати пацијенте и пружити им жељену негу и лечење.
Пошто флексибилни и растегљиви медицински уређаји и сензори могу да се омотају око тела или циљног органа и могу да добију жељени облик, мерења која су направљена од њих су прилично тачна.
Ови флексибилни сензори се могу користити за мерење више података о пацијентима као што су пулс, крвни притисак, брзина дисања, пХ, ниво глукозе, температура, зној, пљувачка, итд., и могу помоћи медицинским стручњацима у раној дијагнози.
Нефлексибилни сензори су такође развијени раније и користе силицијум као подлогу, али не могу прецизно да измере физиолошке параметре због своје крутости.
Флексибилни сензор има слојевиту структуру при чему је доњи слој супстрат састављен од флексибилног полимерног материјала. Уобичајени супстрат за производњу сензора укључује полиетилен терефталат (ПЕТ), полиимид (ПИ), полидиметилсилоксан (ПДМС), полипирол, филм индијум калај оксида (ИТО) итд.
Поред слоја супстрата, сензор има два електродна слоја, горњи слој електроде и доњи слој електроде, за провођење електричног сигнала у или из сензора.
Слојеви електрода су такође одабрани на такав начин да обезбеђују пуну флексибилност сличну слоју супстрата. Уобичајени материјали за израду електрода флексибилног сензора су проводљиви полимери, сребрне (Аг) наножице и метална мрежа од злата, бакра или сребра.
Најважнији слој сензора је активни слој, који се налази у средини сензора. Материјал активног слоја зависи од типа сензора, односно да ли је сензор притиска, биохемијски сензор, сензор температуре, сензор силе итд.
Ако је сензор сензор притиска, онда материјал који се користи за активни слој може бити пиезоелектрични материјал који може претворити механичку енергију у облику људских вибрација, пулса, откуцаја срца, итд., у електрични сигнал.
Слично, ако је сензор температурни сензор, онда је материјал активног слоја термоелектрични материјал. Код флексибилног сензора, материјал активног слоја је такође изабран на такав начин да показује довољну флексибилност и подржава механичко савијање без оштећења.
Флексибилни сензори притиска генерално користе поливинилиден флуорид (ПВДФ), ЗнО, П(ВДФ-ТрФР), итд., као пиезоелектричне активне слојеве који имају жељену флексибилност.
Развијене су различите технике за производњу носивих и флексибилних сензора. Неке од техника које се користе за производњу ових сензора су штампање, електропредење, пренос узорака и адитивна производња.
Техника штампања је најпопуларнија техника за производњу ових сензора. Штампање може бити сито штампа такође позната као аналогна штампа или можда дигитална штампа такође позната као инкјет штампа.
У ситоштампи се прави маска која се убацује у штампач и користи се за штампање траженог узорка. Скоро сви ранији сензори и електронска кола су направљени овом техником ситоштампе.
Данас је стигла дигитална штампа у којој није потребна израда маски. У дигиталној штампи, шаблон који треба да се штампа се дигитално уноси у рачунар и аутоматски се штампа помоћу компјутерске команде.
Иако је дигитална штампа једноставна, лака за употребу и захтева мање ручних напора, мастило које се користи за ову технику мора да испуни неке специфичне захтеве у погледу вискозитета и површинског напона.
С друге стране, у техници електроспиновања припрема се полимерни раствор који се убацује у шприц који се помоћу шприц пумпе доводи до металне игле.
Висок електрични напон се примењује дуж игле и користи се за избацивање раствора полимера разбијањем површинског напона течности. Током процеса избацивања, полимер-растварач испари, а стабилни полимерни материјал се таложи на спирални начин и добија се жељени влакнасти производ.
Слично, у техници преноса шара, узорак се штампа на крутој површини помоћу маске уобичајеном техником штампања и касније се преноси на флексибилну подлогу.
Посебна пажња је потребна током процеса преноса шаре, јер су направљене шаре деликатне и могу се покварити ако се њима не рукује правилно. Адитивна производња позната и као 3Д штампа је најновија техника штампања која се користи за израду компликованих електронских уређаја или дизајна електричних кола.
У овој техници штампа се врши слој по слој и шаре се штампају једна преко друге на флексибилној подлози. Користећи ову технику, електронски уређаји са сложеном нано архитектуром или дизајном могу се ефикасно произвести.
Флексибилни и носиви сензори имају многе опште и здравствене примене. Примена одређеног сензора у одређеном услужном програму зависи од врсте мерења или стазе која треба да се постигне.
Типично примењени сензори су електрохемијски сензори, сензори притиска или напрезања, сензори температуре итд. Неколико примера сензора за ношење на телу је доказано на слици 1.
Сви ти сензори имају активни слој који мери одређену циљну количину и претвара ту количину у одговарајући електрични сигнал. Постоји много врста електрохемијских сензора које треба имати у праћењу здравствене заштите, а који укључују глукозу, зној, пљувачку, пХ, мерење холестерола у транспорту лекова итд.
Основни принцип електрохемијских сензора је да хемијски одговор између сензорног материјала и циљне супстанце мења електричну резиденцију сензора, а праћење здравља се постиже на овај начин.
Сензор притиска или сензор силе је важна категорија сензора који се користе за мерење многих кључних здравствених параметара као што су пулс, крвни притисак, откуцаји срца итд.
Ови сензори детектују механичку силу у облику напетости, напрезања, деформације и обртног момента и претварају их у електрични сигнал. Постоји много варијанти сензора напрезања које треба имати у здравству, као што су отпорни сензори, капацитивни сензори и пиезоелектрични сензори.
У отпорном сензору, отпор модификације сенсинг тканине при детекцији механичког сигнала, и екструдирање отпора се разматра унутар стране облика екстраде унутар стране електричног сигнала.
Слично, код капацитивног сензора, капацитивност сензора се мења са променом механичке силе или притиска и одражава се у облику електричног сигнала.
Пиезоелектрични сензор је сензор који развија електрични напон на својим терминалима након детекције механичке силе или притиска. Многи керамички материјали и полимери на бази олова показују пиезоелектрична својства и директно се користе у таквим сензорима.
Према најновијим истраживањима о сензорима притиска, порозне структуре или дизајни нано-архитектуре произведени адитивном производњом могу се користити за побољшање излазне снаге или осетљивости ових сензора.
Друга категорија носивих сензора су сензори температуре. Ови сензори детектују промену телесне температуре и одражавају излаз у облику електричног сигнала.
Постоје углавном две врсте температурних сензора, односно отпорни сензори и пироелектрични сензори. У отпорном температурном сензору, отпор распоређеног материјала се мења са променом температуре.
Дакле, излазни електрични сигнал варира у складу са тим. Метални оксиди, ЦНТ, графен и полимерни композити су материјали који се обично користе за прављење отпорних температурних сензора.
У случају пироелектричних сензора, поларизација материјала се мења са променом температуре. Промена поларизације се даље користи за генерисање електричног сигнала који је калибрисан у смислу температуре
Поред ових, данас су доступни и мултифункционални сензори. У мултифункционалном сензору, неколико слојева са различитим функцијама су наслагани један преко другог и користе се за детекцију више величина као што су температура, притисак, итд., истовремено.
Ови вишеструки слојеви су у сендвичу између електрода и цела структура се наноси преко материјала супстрата који се састоји од полимерне базе. Мултифункционални сензор са могућношћу истовременог мерења напрезања и температуре у здравству је успешно произведен.
Из горње дискусије је јасно да су флексибилни и носиви сензори направили велики напредак у последњих неколико година. Ови сензори у комбинацији са вештачком интелигенцијом и интернетом ствари налазе велики број примена у друштву. Допринос носивих сензора у области здравства и медицине је изузетан, а очекује се да ће њихов допринос расти у наредном периоду.
Мултифункционални сензори са могућношћу мерења више величина у исто време изгледају прилично обећавајуће. Такође, техника адитивне производње се показала веома плодном за производњу сложених 3Д дизајна носивих сензора.
Концепт прављења контролисане порозности у носивим сензорима за побољшање њихове способности сензора је такође нов и очекује се да ће дати добре резултате ако се примени на интелигентан начин.
ОТКЉУЧАЈТЕ НАПАЈАЊЕ
Од твог Идеје
Унапредите своје знање о патентима
Ексклузивни увиди чекају у нашем билтену
Затражите повратни позив!
Хвала вам на интересовању за ТТ Цонсултантс. Молимо вас да попуните формулар и ми ћемо вас ускоро контактирати
Затражите повратни позив!
Хвала вам на интересовању за ТТ Цонсултантс. Молимо вас да попуните формулар и ми ћемо вас ускоро контактирати
