Las interesantes aplicaciones de los sensores portátiles han provocado una enorme cantidad de investigación e inversión empresarial en los últimos años. Los sensores adheridos al cuerpo o integrados en la ropa podrían permitir a los atletas y fisioterapeutas monitorear su progreso y proporcionar un nivel más detallado de captura de movimiento.para juegos de computadora o animación, ayude a los ingenieros a construir robots con un toque más ligero o forme la base para nuevos tipos de monitores de salud en tiempo real.
adentro Óptica , la revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, un equipo dirigido por Changxi Yang del Laboratorio Estatal Clave de Tecnología e Instrumentos de Medición de Precisión en la Universidad de Tsinghua en Beijing ofrece la primera demostración de fibras ópticas lo suficientemente resistentes para detectar una amplia gama de humanosmovimiento.
La nueva fibra es lo suficientemente sensible y flexible como para detectar movimientos articulares, a diferencia de los sensores de fibra que se utilizan actualmente. "Esta nueva técnica proporciona un enfoque de fibra óptica para medir deformaciones extremadamente grandes", dijo Yang. "Es portátil, montable y tambiénposee ventajas intrínsecas de las fibras ópticas, como la seguridad eléctrica inherente y la inmunidad a la interferencia electromagnética.
problemas para estirar
Las fibras ópticas se han utilizado durante años para la detección de deformaciones en puentes y edificios; estire o doble la fibra un poco y la luz que la atraviesa se desplaza de manera que pueda ser captada fácilmente por un monitor. Tradicionalmente, las fibras ópticas noha sido la mejor opción para la detección de deformación en el cuerpo humano porque generalmente están hechos de plástico o vidrio, que son rígidos y no se doblan bien. Una fibra de vidrio de sílice, por ejemplo, puede soportar una deformación máxima de menos del 1 por ciento,mientras que una articulación del dedo doblada la tensaría en más del 30 por ciento.
Esta barrera ha significado que la mayoría de los desarrollos de sensores portátiles hasta ahora se han basado en sensores electrónicos. Estos sensores detectan el movimiento midiendo cambios en las propiedades eléctricas como la resistencia cuando el sensor se dobla. Sin embargo, estos sistemas son difíciles de miniaturizar, pueden perder sucarga eléctrica y son sensibles a la interferencia electromagnética de dispositivos como automóviles y teléfonos celulares. Una fibra óptica flexible podría evitar estos problemas y potencialmente crear dispositivos portátiles que son más estables y sostenibles que los basados en la electrónica.
silicona simple
Cuando los investigadores comenzaron a buscar una fibra que pudiera resistir la cantidad de flexión y estiramiento involucrados en los movimientos humanos, primero probaron fibras hechas de hidrogel, una sustancia suave y gelatinosa que puede contener tensiones de hasta un 700 por cientoPero el hidrogel consiste principalmente en agua y, por lo tanto, solo funciona en ambientes húmedos. Cuando se exponen al aire, las fibras se secan y encogen rápidamente.
En un segundo intento, Yang y sus estudiantes, Jingjing Guo y Mengxuan Niu, desarrollaron una fibra hecha de silicona, específicamente un polímero blando llamado polidimetilsiloxano PDMS. Crearon la fibra colocando la silicona líquida en un tubo con forma demoldear y calentar a 80 ° C 176 ° F durante 40 minutos para que espese, luego usaron presión de agua para empujar una fibra delgada fuera de un extremo del molde. Ellos sometieron las fibras resultantes a una serie de pruebas elaboradas, como estirarlos repetidamente para duplicar su longitud. Incluso después de 500 estiramientos, una fibra aún regresa a su longitud original.
"Las fibras PDMS fabricadas exhibieron una excelente flexibilidad mecánica y se podían atar y torcer fácilmente", dijo Yang. Es más, cuando el equipo redujo el diámetro de las fibras que producían, de 2 milímetros a 0,5 milímetros, la resistencia mecánica delas fibras realmente aumentaron.
Para ayudar en la detección, los investigadores mezclaron un tinte fluorescente llamado Rodamina B en la silicona. Cuando la luz atraviesa la fibra, parte de la luz es absorbida por el tinte; cuanto más se estira la fibra, más luz absorbe el tinte.Entonces, simplemente medir la luz transmitida con un espectroscopio proporciona una medida de cuánto se estira o dobla la fibra, lo que le dice al observador sobre el movimiento de cualquier parte del cuerpo a la que esté adherida.
T prueba de guantes
Los investigadores probaron esa idea pegando su fibra a un guante de goma con epoxi, y luego monitoreándola mientras un usuario flexionaba y extendía los dedos. Durante ese movimiento, midieron una tensión en la fibra del 36 por ciento, en línea con lo queotros habían medido usando sensores electrónicos.
"La notable flexibilidad y capacidad de estiramiento de la fibra PDMS la hace especialmente atractiva para detectar grandes tensiones", dijo Yang, y agregó que esta es la primera vez que los investigadores utilizan un sensor óptico para capturar el movimiento humano.
El sensor también funcionó bien en situaciones que implican tensiones más sutiles, como los diminutos movimientos de los músculos del cuello cuando una persona respira o habla ". Todos los resultados muestran que el sensor óptico de tensión se puede utilizar para monitorear varios movimientos humanos y puedeproporcionan un nuevo enfoque para la exploración de interfaces hombre-máquina ", dijo Yang.
El equipo probó qué tan bien detectaban sus fibras la tensión durante períodos de tiempo más largos y en diferentes entornos, como en el agua, el glicerol y el aire. Descubrieron que las fibras se resistían bien, aunque la precisión de la detección cambiaba en diferentes entornos, lo que sugierelos dispositivos que utilizan sensores basados en fibra óptica deberían calibrarse para el entorno específico en el que se utilizarían.
El equipo iluminó la fibra uniéndola a una lámpara halógena y midió la luz que la atraviesa con un espectrómetro. Para adaptar la tecnología para crear un dispositivo portátil, Yang dijo que debería ser posible desarrollar una fuente de luz compacta y un espectrómetroque se puede llevar fácilmente en el cuerpo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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