タッチセンサーグローブが圧力を感じる

MITの新しいセンサーは、指先で小さくて速い圧力変化を検出します。シルクの手袋の上に置くと、スタッドのようなコンポーネントが医師にとって貴重な写真を作成するのに役立ちます。

皮膚全体のわずかな振動を感知する高度に調整されたセンサーの発明者は、単純な脈拍モニタリングから運動機能の複雑な回復まで、いつか患者をサポートできる特定の圧力マップを提供します。

マサチューセッツ州ケンブリッジを拠点とするチームは、圧力センサーを触覚手袋だけでなく、心拍、血圧、その他のバイタルサインを追跡するための柔軟な接着剤に統合することを想定しています。

「当社のセンシング構造のシンプルさと信頼性は、脈拍の検出や触覚機能障害のある患者の感覚能力の回復など、さまざまなヘルスケアアプリケーションに大きな期待を寄せています」とNicholas Fang 、最近のニュースリリースでMITの機械工学の教授。

圧力マップの作成方法

MITの研究者は、圧力の微妙な変化をマッピングするように設計された小さなカーネルサイズの検出器を手袋の内側に並べました。手袋は、保持されているオブジェクトに応じて、特定の圧力レイアウトまたはマップを生成しました。

センサーグローブは、たとえば、つかんだ気球とビーカーの間の圧力差を記録しました。風船を持っていると手のひら全体に比較的均一な圧力信号が発生し、ビーカーを握ると指先でより強い圧力が発生しました。

チームは、手袋を使用して、ペンで書く、他の家庭用品を扱うなど、他のタスクの圧力パターンを特定することを計画しています。 Fang教授によると、触覚補助具は、いつか運動機能障害のある患者が手の器用さと握力を調整および強化するのに役立つ可能性があります。

「いくつかの細かい運動技能は、物体の扱い方だけでなく、どれだけの力を加える必要があるかを知る必要があります」とファング教授は言いました。 「この手袋は、脳卒中やその他の神経学的状態から回復している患者と比較して、対照群の把持力のより正確な測定値を提供する可能性があります。」

Fangと彼の同僚は、 Nature Communicationsの調査で結果を詳しく説明しています。 。この研究の共著者には、MITのHuifengDuとLiuWang、および中国の南部科学技術大学（SUSTech）のChuanfeiGuo教授のグループが含まれます。

小さなものを感知する

触覚センサーは、従来の誘電体層を驚くべき天然成分である人間の汗と交換します。汗にはナトリウムイオンと塩化物イオンが含まれており、これらが蓄積して、皮膚に配置された2つの薄くて平らな電極間の静電容量を変化させる力があります。

MITチームは、小さな曲がりくねった導電性の毛をたくさん追加することで、検出電極の感度を高めました。実際、細いカーネルサイズの検出電極には、これらの金の微細なフィラメント、つまり「マイクロピラー」が何千も並んでいます。

彼らの研究で、Fangと発明者は、センサーがさまざまな力と圧力に応じてマイクロピラーのグループが曲がる程度を正確に測定できることを実証しました。

たとえば電極の角に圧力がかかると、その特定の領域の毛がそれに応じて曲がり、皮膚からイオンを蓄積します。イオンの程度と位置を正確に測定してマッピングできます。

センサーは、同じサイクルのさまざまなピークなど、人の脈拍の微妙な位相を検出することができました。

「脈拍は、皮膚の変形を引き起こす可能性のある機械的振動であり、私たちには感じられませんが、柱は拾うことができます」とファング氏は述べています。

Tech Briefs との短いQ＆A 以下では、Fangが、脈拍だけでなく、圧力マップの可能性について詳しく説明しています。

技術概要 ：このテクノロジーについて想定している最もエキサイティングなアプリケーションまたはアプリケーション領域は何ですか？なぜこの手袋がそんなに重要なのだと思いますか？

教授ニコラスファング ：忠実度の高い触覚フィードバックをファブリックやテキスタイルに統合することで、触覚機能障害のある患者の感覚能力の回復など、新しい医療およびヘルスケアデバイスのアプリケーションが開かれ、VR/ARゲームやトレーニングも可能になると考えています。

技術概要 ：なぜ圧力マップをとることがそれほど重要なのですか？圧力マップを入手したら、それで何ができますか？

教授ニコラスファング ：モーションアーティファクトの影響を受けないスマートグローブで測定された高解像度の圧力マップは、ポイントオブケアアプリケーションの手と指の運動技能をより正確に評価できると思います。私たちの手袋は、パズルの組み立て、ビーズの並べ替え、カードの折りたたみ、ボードゲームのプレイ、靴ひもの結び方など、手と指の器用さを常に監視する機会を開きます。

テクニカルブリーフのその他のセンサー

MITのロボットの掘り指は、触覚センシングを使用して地下の物体を識別します。

「自己認識」のセルフパワーセンシング材料は、心臓ステント、ブリッジ、さらには宇宙にも使用できます。

ウェアラブルセンサーは、ホログラムを使用して有毒ガスを検出します。

技術概要 ：汗で感じるようになったきっかけは何ですか？汗を使うことの長所と短所は何ですか？

教授ニコラスファング ：明確にするために、私たちの手袋が機能するために必要なのは自然に水和した皮膚の最小限の汗だけであり、これは生理学的条件下で私たちの皮膚によって満たされます。

センサーの設計では、2つのアイデアに触発されました。

1つは、シボグモなどの昆虫に見られる長い髪のセンサーで、驚くべき触覚と地面の振動があります。

もう1つは、ヘルスケアで広く適用されている電極オンスキンのセットアップです。ここでのイノベーションは、カーボンクロスの所定の変形、水和した皮膚とコンフォーマルに接触する静電植毛PET [ポリエチレンテレフタレート]ピラー、およびこれらの植毛PETを利用することです。マイクロピラーは、加えられた力の微妙な変化に対して優れた感度を備えた圧力検知デバイスとして機能します。

技術概要 ：この手袋で次に何に取り組みますか？

教授ニコラスファング ：次に、スマートグローブのさまざまな素材の質感の知覚を評価して、小さな物体の把持と操作に重要な人間の触覚をさらに強化できるようにします。

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