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ウェアラブル圧力センサーは、人間の健康を監視し、人間コンピューターの相互作用を実現するのに役立ちます。ユニバーサルデバイスの設計と機械的ストレスに対する高感度を備えた圧力センサーを作成する努力が進行中です。
研究：織りパターン依存性繊維圧電圧力トランスデューサーは、50のノズルを備えたエレクトロスピンポリフッ化ビニリデンナノファイバーに基づいています。画像クレジット：African Studio/Shutterstock.com
Journal NPJ Flexible Electronicsに掲載された記事は、ポリエチレンテレフタレート（PET）ワープヤーンとポリフッ化ビニリデン（PVDF）糸を使用したファブリック用のピエゾ電気圧力トランスデューサの製造に関するレポートを報告しています。織りパターンに基づく圧力測定に関連した開発された圧力センサーの性能は、約2メートルの布スケールで実証されています。
結果は、2/2 Canard設計を使用して最適化された圧力センサーの感度が1/1 Canardデザインの感度よりも245％高いことを示しています。さらに、屈曲、絞り、しわ、ねじれ、さまざまな人間の動きなど、最適化された生地の性能を評価するために、さまざまな入力が使用されました。この作業では、センサーピクセルアレイを備えた組織ベースの圧力センサーは、安定した知覚特性と高感度を示します。
米。 1。PVDFスレッドと多機能ファブリックの準備。 PVDFナノファイバーのアライメントマットを生成するために使用される50ノズルのエレクトロスピニングプロセスの図。銅ロッドはコンベアベルトに並行して配置され、ステップは4層モノフィラメントフィラメントから3つの編組構造を準備するためです。 b SEM画像と整列したPVDF繊維の直径分布。 c sem画像4プライ糸の画像。 dひねりの関数としての4層糸の破損時の引張強度とひずみ。 e X線糸のX線回折パターンは、アルファ相とベータ相の存在を示す。 ©Kim、DB、Han、J.、Sung、SM、Kim、MS、Choi、BK、Park、SJ、Hong、H。Ret al。 （2022）
インテリジェントロボットとウェアラブル電子デバイスの急速な開発により、柔軟な圧力センサーに基づいて多くの新しいデバイスが生まれ、電子機器、産業、医学のアプリケーションが急速に発展しています。
圧電性は、機械的応力にさらされる材料に生成される電荷​​です。非対称材料の圧電性により、機械的応力と電荷間の線形可逆的な関係が可能になります。したがって、圧電材料が物理的に変形している場合、電荷が作成され、その逆も同様です。
圧電デバイスは、自由な機械源を使用して、ほとんど電力を消費する電子コンポーネントの代替電源を提供できます。デバイスの材料と構造のタイプは、電気機械結合に基づいたタッチデバイスの生産の重要なパラメーターです。高電圧無機材料に加えて、機械的に柔軟な有機材料もウェアラブルデバイスで調査されています。
エレクトロスピニング方法によってナノファイバーに処理されたポリマーは、圧電エネルギー貯蔵装置として広く使用されています。圧電ポリマーナノファイバーは、さまざまな環境での機械的弾力性に基づいて電気機械生成を提供することにより、ウェアラブルアプリケーション向けのファブリックベースの設計構造の作成を促進します。
この目的のために、PVDFとその誘導体を含む圧電ポリマーが広く使用されており、それらは強い圧電性を備えています。これらのPVDF繊維は、センサーや発電機を含む圧電アプリケーションのために布地に描かれ、紡がれます。
図2。大きな領域組織とその物理的特性。 195 cm x 50 cmまでの大きな2/2の横糸パターンの写真。 2つのPVDF Weftで構成される2/2 WeftパターンのB SEM画像2つのPETベースとインターリーブされています。 Cモジュラスと株の株は、1/1、2/2、および3/3の横糸エッジを備えたさまざまな生地で破壊します。 Dは、ファブリックに対して測定された吊り角です。 ©Kim、DB、Han、J.、Sung、SM、Kim、MS、Choi、BK、Park、SJ、Hong、H。Ret al。 （2022）
現在の作業では、PVDFナノファイバーフィラメントに基づくファブリックジェネレーターは、50個のノズルを使用すると回転ベルトコンベアベルトを使用してナノファイバーマットの生産を促進するため、シーケンシャル50ジェットエレクトロスピニングプロセスを使用して構築されます。 1/1（プレーン）、2/2、および3/3の横糸rib骨を含むペット糸を使用して、さまざまな織り構造が作成されています。
以前の研究では、ファイバーコレクションドラム上のアライメントされた銅線の形でファイバーアライメントに銅を使用していることが報告されています。ただし、現在の作業は、コンベアベルトで1.5 cm離れた平行な銅棒で構成されており、銅繊維に付着した繊維の表面にある入っている荷電繊維と電荷間の静電的相互作用に基づいてスピナーレットを整列させるのに役立ちます。
前述の容量性またはピエゾヨーロ症センサーとは異なり、このホワイトペーパーで提案されている組織圧力センサーは、0.02から694のニュートンまでの広範な入力力に応答します。さらに、提案されたファブリック圧力センサーは、5標準洗浄後に元の入力の81.3％を保持し、圧力センサーの耐久性を示しています。
さらに、1/1、2/2、および3/3のrib骨編みの電圧と電流結果を評価する感度値は、83および36 mV/nから2/2および3/3のrib rib骨圧の高電圧感度を示しました。 24 mV/nの横糸圧センサー1/1と比較して、これらの圧力センサーに対してそれぞれ245％および50％高い感度を実証した3つのWeftセンサー。
米。 3。フルクロス圧力センサーの拡張アプリケーション。前足（つま先のすぐ下）とヒールの動きを検出するために2つの円形電極の下に挿入された2/2の横糸布で作られたインソール圧力センサーの例。 Bウォーキングプロセスの個々のステップの各段階の概略図：ヒール着陸、接地、つま先の接触、脚のリフト。 C電圧出力信号歩行分析のための歩行ステップの各部分に応答し、歩行の各フェーズに関連するD増幅電気信号。 e各ピクセルから個々の信号を検出するためにパターン化された導電性ラインを備えた最大12個の長方形のピクセルセルの配列を備えた完全な組織圧力センサーの概略図。 f各ピクセルに指を押すことによって生成された電気信号の3Dマップ。 g電気信号はフィンガーピクセルでのみ検出され、他のピクセルでは副信号が生成されないため、クロストークがないことが確認されます。 ©Kim、DB、Han、J.、Sung、SM、Kim、MS、Choi、BK、Park、SJ、Hong、H。Ret al。 （2022）
結論として、この研究は、PVDFナノファイバー圧電フィラメントを組み込んだ非常に敏感でウェアラブルな組織圧センサーを示しています。製造された圧力センサーには、0.02から694のニュートンまでの幅広い入力力があります。
1つのプロトタイプの電気回転機に50個のノズルが使用され、銅棒に基づくバッチコンベアを使用してナノファイバーの連続マットが生成されました。断続的な圧縮下では、製造された2/2ワートヘムファブリックは83 mV/Nの感度を示しました。
提案されている全織物の圧力センサーは、ねじれ、曲げ、絞り、走行、歩行など、生理学的な動きにさらされることにより、電気信号を監視します。さらに、これらの生地圧力計は、耐久性の点で従来の生地に匹敵し、5標準洗浄後でも元の収量の約81.3％を保持しています。さらに、製造された組織センサーは、人の歩行の連続セグメントに基づいて電気信号を生成することにより、ヘルスケアシステムで効果的です。
キム、DB、ハン、J。、ソン、SM、キム、MS、チェ、BK、パーク、SJ、ホン、HRなど（2022）。織りパターンに応じて、50のノズルを備えたエレクトロスピンポリフッ化フッ化物ナノファイバーに基づく布の圧電圧センサー。フレキシブルエレクトロニクスNPJ。 https://www.nature.com/articles/S41528-022-00203-6。
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Bhavna Kavetiは、インドのハイデラバード出身の科学作家です。彼女は、インドのベロア工科大学でMSCとMDを保持しています。メキシコのグアナファト大学で有機および薬学の化学的。彼女の研究作業は、ヘテロサイクルに基づいた生物活性分子の開発と合成に関連しており、マルチステップとマルチコンポーネント合成の経験があります。博士課程の研究中に、彼女は生物活性をさらに機能する可能性があると予想される、さまざまなヘテロサイクルベースの結合および融合ペプチド模倣分子の合成に取り組みました。学位論文や研究論文を書いている間、彼女は科学的な執筆とコミュニケーションに対する情熱を探りました。
キャビティ、バフナー。 （2022年8月11日）。ウェアラブルな健康監視用に設計されたフルファブリック圧力センサー。アゾナノ。 2022年10月21日https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544から取得。
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