Das tragbare Pflaster vibriert, wenn es Gefahren in der Umgebung erkennt
Anzeigen
Forscher haben ein tragbares Pflaster entwickelt, das Gefahren in der Umgebung – wie beispielsweise gefährliche Gase oder Schwermetalle im Wasser – erkennen und den Träger anschließend durch Vibrationen auf der Haut warnen kann. Die Forscher haben ihre Arbeit zudem erweitert und eine „E-Haut“ für Robotergeräte entwickelt, die es Robotern ermöglicht, Gefahren in ihrer Umgebung zu erkennen und ihnen auszuweichen.
Ein tragbarer, multimodaler Sensor, der gasförmige, aerosolisierte und wässrige Umweltgifte erkennt und den Träger durch einzigartige haptische Rückmeldungscodes warnt.
Baha Erim Uzunoğlu
„Es gibt bereits Sensoren, die Gefahren in der Umgebung erkennen und Benachrichtigungen an das Smartphone senden – das wollten wir verbessern“, sagt Erim Uzunoğlu, Erstautor einer Veröffentlichung zu dieser Arbeit und Doktorand an der North Carolina State University. „Wir hatten zwei Ziele bei dieser Arbeit. Erstens wollten wir die Sensoren miniaturisieren und in ein tragbares Pflaster integrieren, um potenzielle Risiken für den Träger zu erkennen.
Zweitens: Wenn man mit einer gefährlichen Substanz in Kontakt kommt, muss man das so schnell wie möglich erfahren. Und wenn die Benachrichtigung an das Smartphone gesendet wird, sieht man sie möglicherweise nicht sofort. Deshalb wollten wir haptische Technologie in das Pflaster integrieren, sodass es vibriert, sobald eine Gefahr erkannt wird, und die Menschen so schnell auf die potenzielle Bedrohung reagieren können.“
Für diese Arbeit entwickelten die Forscher ein quadratisches Pflaster, das etwas kleiner ist als ein Führerschein. Das Pflaster enthält einen Mikrocontroller, der als „Gehirn“ des Pflasters fungiert, eine sehr kleine Batterie, Sensoren zur Überwachung von sechs Umweltgefahren sowie einen winzigen Aktuator, der als haptischer Motor dient und auf der Haut vibriert. Auf der Außenseite des Pflasters ist zudem eine Anordnung von Dünnschicht-Photovoltaikzellen integriert, wodurch das Gerät während des Tragens Sonnenenergie gewinnen kann.
„Ein summender Motor allein reicht nicht aus; man muss ihn auch tatsächlich spüren“, sagt Oluwatobi Ojuade, Mitautor der Studie und Doktorand an der NC State. „Deshalb haben wir winzige strukturierte Oberflächen entworfen, die an der Schnittstelle zwischen dem Motor und der Haut liegen – fast wie ein Miniaturmuster aus Noppen. Indem wir die Größe und den Abstand dieser Noppen variierten, konnten wir steuern, wie die Vibration auf der Haut wahrgenommen wird. So konnten wir das Gefühl so feinabstimmen, dass es tatsächlich die Aufmerksamkeit auf sich zieht, anstatt sich wie ein schwaches Summen anzufühlen, das man leicht übersehen könnte.“
Das Gerät löst zudem für jede erkannte Gefahr eine andere „haptische Sequenz“ – also ein anderes Vibrationsmuster – aus. So können die Träger erkennen, auf welche Umweltgefahr sie achten müssen.
„In Proof-of-Concept-Tests haben wir festgestellt, dass das Gerät die gefährlichen Substanzen gut erkannt und sofort die haptische Reaktion ausgelöst hat“, sagt Uzunoğlu. „Wir haben außerdem festgestellt, dass die Energy-Harvesting-Technologie die Lebensdauer der Batterie gut verlängert hat. In Verbindung mit dem geringen Stromverbrauch der Sensoren ermöglicht dies eine Betriebsdauer des Geräts von etwa 24 Stunden.“
Während die Forscher das Pflaster entwickelten, fragten sie sich, ob es möglich wäre, das Konzept auf den Einsatz in Robotergeräten auszuweiten, sodass Roboter Gefahren in ihrer Umgebung erkennen und darauf reagieren können. Dies führte zur Entwicklung dessen, was sie als „E-Skin“ bezeichnen.
Bei der „E-Haut“ wird das Sensor-Pflaster im Wesentlichen auf eine Schicht aus piezoelektrischem Material aufgebracht. Wenn der Sensor eine Gefahr erkennt und die haptische Reaktion auslöst, erzeugt die daraus resultierende Vibration an der piezoelektrischen Schicht ein elektrisches Signal, das vom Roboter erfasst werden kann.
In Proof-of-Concept-Tests ermöglichte die „e-Skin“ vierbeinigen Robotern, Gefahren zu erkennen und ihre Route anzupassen, um diese Gefahren zu umgehen.
„Das Pflaster und die ‚E-Haut‘ bestehen größtenteils aus handelsüblichen Komponenten und enthalten nur sehr wenige speziell angefertigte Elemente“, sagt Amay Bandodkar, Mitautor der Veröffentlichung und Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik an der NC State. „Das sollte es einfacher machen, die Technologie in Zukunft in größerem Maßstab einzusetzen. Außerdem ist das Konzept äußerst flexibel – das Sensorarray ist modular aufgebaut, sodass man Sensoren hinzufügen oder entfernen kann, um genau die Gefahren zu überwachen, die für die jeweilige Anwendung am relevantesten sind.
„Es ist ziemlich erstaunlich zu sehen, dass wir taktile Signale in Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften einbetten können – etwas, das in der Vergangenheit eine große Herausforderung darstellte, insbesondere in realen Situationen, in denen Menschen das Gerät tragen möchten“, sagt Lilian Hsiao, Mitautorin und außerordentliche Professorin für Chemie- und Biomolekulartechnik an der NC State. „Die Kombination aus einem tragbaren Gerät, ausgefeilten Sensorikfunktionen und der Möglichkeit, den Nutzer zu warnen, ist etwas, woran wir schon seit langer Zeit arbeiten.“
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.
Themenwelt Sensortechnik
Die Sensortechnik hat die chemische Industrie revolutioniert, indem sie präzise, zeitnahe und zuverlässige Datenbereitstellung in einer Vielzahl von Prozessen ermöglicht. Vom Überwachen kritischer Parameter in Produktionslinien bis hin zur Früherkennung potenzieller Störungen oder Gefahren – Sensoren sind die stillen Wächter, die Qualität, Effizienz und Sicherheit gewährleisten.