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पहनने योग्य दबाव सेंसर मानव स्वास्थ्य की निगरानी करने और मानव-कंप्यूटर संपर्क को महसूस करने में मदद कर सकते हैं। एक सार्वभौमिक डिवाइस डिजाइन और यांत्रिक तनाव के लिए उच्च संवेदनशीलता के साथ दबाव सेंसर बनाने के प्रयास चल रहे हैं।
अध्ययन: बुनाई पैटर्न पर निर्भर टेक्सटाइल पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रेशर ट्रांसड्यूसर इलेक्ट्रोसपुन पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड नैनोफिबर्स पर 50 नोजल के साथ आधारित है। छवि क्रेडिट: अफ्रीकी स्टूडियो/shutterstock.com
एनपीजे लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स पत्रिका में प्रकाशित एक लेख पॉलीइथाइलीन टेरेफथैलेट (पीईटी) ताना यार्न और पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ) वेफ्ट यार्न का उपयोग करके कपड़ों के लिए पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर ट्रांसड्यूसर के निर्माण पर रिपोर्ट करता है। बुनाई पैटर्न के आधार पर दबाव माप के संबंध में विकसित दबाव सेंसर का प्रदर्शन लगभग 2 मीटर के कपड़े के पैमाने पर प्रदर्शित किया जाता है।
परिणाम बताते हैं कि 2/2 कैनार्ड डिज़ाइन का उपयोग करके अनुकूलित एक दबाव सेंसर की संवेदनशीलता 1/1 कैनर्ड डिज़ाइन की तुलना में 245% अधिक है। इसके अलावा, विभिन्न इनपुट का उपयोग अनुकूलित कपड़ों के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए किया गया था, जिसमें फ्लेक्सियन, निचोड़, झुर्रियों, ट्विस्टिंग और विभिन्न मानव आंदोलनों सहित। इस काम में, सेंसर पिक्सेल सरणी के साथ एक ऊतक-आधारित दबाव सेंसर स्थिर अवधारणात्मक विशेषताओं और उच्च संवेदनशीलता को प्रदर्शित करता है।
चावल। 1। पीवीडीएफ थ्रेड्स और बहुक्रियाशील कपड़े की तैयारी। पीवीडीएफ नैनोफिबर्स के संरेखित मैट का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले 50-नोजल इलेक्ट्रोसपिनिंग प्रक्रिया का एक आरेख, जहां तांबे की छड़ को एक कन्वेयर बेल्ट पर समानांतर में रखा जाता है, और कदम चार-लेयर मोनोफिलामेंट फाइलामेंट से तीन लट संरचनाएं तैयार करने के लिए हैं। बी एसईएम छवि और संरेखित पीवीडीएफ फाइबर का व्यास वितरण। C चार-प्लाई यार्न की SEM छवि। डी तन्य शक्ति और ट्विस्ट के एक समारोह के रूप में एक चार-प्लाई यार्न के टूटने पर तनाव। एक चार-प्लाई यार्न के ई एक्स-रे विवर्तन पैटर्न अल्फा और बीटा चरणों की उपस्थिति दिखाते हैं। © किम, डीबी, हान, जे।, सुंग, एसएम, किम, एमएस, चोई, बीके, पार्क, एसजे, हांग, एच। आर। एट अल। (२०२२)
बुद्धिमान रोबोट और पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के तेजी से विकास ने लचीले दबाव सेंसर के आधार पर कई नए उपकरणों को जन्म दिया है, और इलेक्ट्रॉनिक्स, उद्योग और चिकित्सा में उनके अनुप्रयोग तेजी से विकसित हो रहे हैं।
Piezoelectricity एक ऐसी सामग्री पर उत्पन्न एक विद्युत आवेश है जो यांत्रिक तनाव के अधीन है। असममित सामग्री में पीज़ोइलेक्ट्रिकिटी यांत्रिक तनाव और विद्युत आवेश के बीच एक रैखिक प्रतिवर्ती संबंध के लिए अनुमति देता है। इसलिए, जब पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का एक टुकड़ा शारीरिक रूप से विकृत हो जाता है, तो एक विद्युत आवेश बनाया जाता है, और इसके विपरीत।
पीज़ोइलेक्ट्रिक डिवाइस इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए एक वैकल्पिक शक्ति स्रोत प्रदान करने के लिए एक मुफ्त यांत्रिक स्रोत का उपयोग कर सकते हैं जो थोड़ी शक्ति का उपभोग करते हैं। डिवाइस की सामग्री और संरचना का प्रकार इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन के आधार पर टच उपकरणों के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। उच्च वोल्टेज अकार्बनिक सामग्री के अलावा, यांत्रिक रूप से लचीली कार्बनिक पदार्थों को पहनने योग्य उपकरणों में भी खोजा गया है।
इलेक्ट्रोसपिनिंग विधियों द्वारा नैनोफिबर्स में संसाधित पॉलिमर को व्यापक रूप से पीजोइलेक्ट्रिक ऊर्जा भंडारण उपकरणों के रूप में उपयोग किया जाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक पॉलिमर नैनोफिबर्स विभिन्न वातावरणों में यांत्रिक लोच के आधार पर विद्युत-रासायनिक पीढ़ी प्रदान करके पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए कपड़े-आधारित डिजाइन संरचनाओं के निर्माण की सुविधा प्रदान करते हैं।
इस उद्देश्य के लिए, पीजोइलेक्ट्रिक पॉलिमर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें पीवीडीएफ और इसके डेरिवेटिव शामिल हैं, जिनमें मजबूत पीजोइलेक्ट्रिकिटी है। ये PVDF फाइबर सेंसर और जनरेटर सहित पीज़ोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के लिए कपड़ों में खींचे जाते हैं और कपड़े पहनते हैं।
चित्रा 2। बड़े क्षेत्र के ऊतकों और उनके भौतिक गुणों। 195 सेमी x 50 सेमी तक एक बड़े 2/2 वेफ्ट रिब पैटर्न की तस्वीर। बी 2/2 वेफ्ट पैटर्न की एसईएम छवि जिसमें एक पीवीडीएफ वेफ्ट दो पालतू जानवरों के साथ इंटरलेस्ड होता है। सी मापांक और 1/1, 2/2 और 3/3 वेफ्ट किनारों के साथ विभिन्न कपड़ों में ब्रेक पर तनाव। D कपड़े के लिए मापा जाने वाला कोण है। © किम, डीबी, हान, जे।, सुंग, एसएम, किम, एमएस, चोई, बीके, पार्क, एसजे, हांग, एच। आर। एट अल। (२०२२)
वर्तमान कार्य में, PVDF नैनोफाइबर फिलामेंट्स पर आधारित फैब्रिक जनरेटर का निर्माण एक अनुक्रमिक 50-जेट इलेक्ट्रोसपिनिंग प्रक्रिया का उपयोग करके किया जाता है, जहां 50 नलिका का उपयोग घूर्णन बेल्ट कन्वेयर बेल्ट का उपयोग करके नैनोफाइबर मैट के उत्पादन की सुविधा देता है। 1/1 (सादे), 2/2 और 3/3 वेफ्ट रिब्स सहित पालतू यार्न का उपयोग करके विभिन्न बुनाई संरचनाएं बनाई जाती हैं।
पिछले काम ने फाइबर संग्रह ड्रम पर संरेखित तांबे के तारों के रूप में फाइबर संरेखण के लिए तांबे के उपयोग की सूचना दी है। हालांकि, वर्तमान काम में समानांतर तांबे की छड़ें शामिल हैं, जो एक कन्वेयर बेल्ट पर 1.5 सेमी के अलावा होती हैं, जो तांबे के फाइबर से जुड़े फाइबर की सतह पर आने वाले चार्ज किए गए फाइबर और चार्ज के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन के आधार पर स्पिनर को संरेखित करने में मदद करती हैं।
पहले वर्णित कैपेसिटिव या पीज़ोरेसिस्टिव सेंसर के विपरीत, इस पेपर में प्रस्तावित ऊतक दबाव सेंसर 0.02 से 694 न्यूटन तक इनपुट बलों की एक विस्तृत श्रृंखला का जवाब देता है। इसके अलावा, प्रस्तावित फैब्रिक प्रेशर सेंसर ने पांच मानक washes के बाद अपने मूल इनपुट का 81.3% बरकरार रखा, जो दबाव सेंसर के स्थायित्व को दर्शाता है।
इसके अलावा, 1/1, 2/2, और 3/3 रिब बुनाई के लिए वोल्टेज और वर्तमान परिणामों का मूल्यांकन करने वाले संवेदनशीलता मूल्यों ने 83 और 36 mV/n से 2/2 और 3/3 रिब दबाव की उच्च वोल्टेज संवेदनशीलता दिखाई। 3 WEFT सेंसर ने 24 MV/N WEFT प्रेशर सेंसर 1/1 की तुलना में क्रमशः इन प्रेशर सेंसर के लिए 245% और 50% उच्च संवेदनशीलता का प्रदर्शन किया।
चावल। 3। पूर्ण-कपड़े दबाव सेंसर का विस्तारित आवेदन। 2/2 वेफ्ट रिब्ड फैब्रिक से बने एक धूप में सुखद दबाव सेंसर का एक उदाहरण दो गोलाकार इलेक्ट्रोड के तहत डाला गया, जो कि पैर की उंगलियों के नीचे) और एड़ी आंदोलन का पता लगाने के लिए है। बी चलने की प्रक्रिया में व्यक्तिगत चरणों के प्रत्येक चरण का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व: एड़ी लैंडिंग, ग्राउंडिंग, पैर की अंगुली संपर्क और लेग लिफ्ट। सी वोल्टेज आउटपुट सिग्नल गेट विश्लेषण के लिए गैट स्टेप के प्रत्येक भाग के जवाब में और डी को प्रत्येक चरण के साथ जुड़े विद्युत संकेतों के लिए प्रेरित करते हैं। ई प्रत्येक पिक्सेल से व्यक्तिगत संकेतों का पता लगाने के लिए पैटर्न वाले 12 आयताकार पिक्सेल कोशिकाओं के साथ 12 आयताकार पिक्सेल कोशिकाओं की एक सरणी के साथ एक पूर्ण ऊतक दबाव सेंसर के योजनाबद्ध। F प्रत्येक पिक्सेल पर एक उंगली दबाकर उत्पन्न विद्युत सिग्नल का एक 3D मानचित्र। जी एक विद्युत संकेत केवल उंगली से दबे हुए पिक्सेल में पाया जाता है, और अन्य पिक्सेल में कोई साइड सिग्नल उत्पन्न नहीं होता है, यह पुष्टि करते हुए कि कोई क्रॉसस्टॉक नहीं है। © किम, डीबी, हान, जे।, सुंग, एसएम, किम, एमएस, चोई, बीके, पार्क, एसजे, हांग, एच। आर। एट अल। (२०२२)
अंत में, यह अध्ययन पीवीडीएफ नैनोफाइबर पीज़ोइलेक्ट्रिक फिलामेंट्स को शामिल करते हुए एक अत्यधिक संवेदनशील और पहनने योग्य ऊतक दबाव सेंसर को प्रदर्शित करता है। निर्मित प्रेशर सेंसर में 0.02 से 694 न्यूटन तक इनपुट बलों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है।
पचास नलिका का उपयोग एक प्रोटोटाइप इलेक्ट्रिक कताई मशीन पर किया गया था, और तांबे की छड़ पर आधारित एक बैच कन्वेयर का उपयोग करके नैनोफिबर्स की एक निरंतर चटाई का उत्पादन किया गया था। आंतरायिक संपीड़न के तहत, निर्मित 2/2 वेफ्ट हेम फैब्रिक ने 83 mV/N की संवेदनशीलता दिखाई, जो 1/1 Weft HEM फैब्रिक से लगभग 245% अधिक है।
प्रस्तावित सभी-बुने हुए दबाव सेंसर उन्हें शारीरिक आंदोलनों के अधीन करके विद्युत संकेतों की निगरानी करते हैं, जिसमें घुमा, झुकना, निचोड़ना, दौड़ना और चलना शामिल है। इसके अलावा, ये कपड़े दबाव गेज स्थायित्व के संदर्भ में पारंपरिक कपड़ों के लिए तुलनीय हैं, 5 मानक washes के बाद भी उनकी मूल उपज का लगभग 81.3% बनाए रखते हैं। इसके अलावा, निर्मित ऊतक सेंसर किसी व्यक्ति के चलने के निरंतर खंडों के आधार पर विद्युत संकेतों को उत्पन्न करके स्वास्थ्य सेवा प्रणाली में प्रभावी है।
किम, डीबी, हान, जे।, सुंग, एसएम, किम, एमएस, चोई, बीके, पार्क, एसजे, हांग, एचआर, एट अल। (२०२२)। बुनाई के पैटर्न के आधार पर, 50 नलिका के साथ इलेक्ट्रोसपुन पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड नैनोफिबर्स पर आधारित फैब्रिक पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर। लचीला इलेक्ट्रॉनिक्स एनपीजे। https://www.nature.com/articles/S41528-022-00203-6।
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भावना कवीती हैदराबाद, भारत के एक विज्ञान लेखक हैं। वह वेल्लोर इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, भारत से एमएससी और एमडी रखती है। मैक्सिको के गुआनाजुआतो विश्वविद्यालय से कार्बनिक और औषधीय रसायन विज्ञान में। उनका शोध कार्य हेटेरोसायकल के आधार पर बायोएक्टिव अणुओं के विकास और संश्लेषण से संबंधित है, और उन्हें बहु-चरण और बहु-घटक संश्लेषण में अनुभव है। अपने डॉक्टरेट अनुसंधान के दौरान, उन्होंने विभिन्न हेट्रोसायकल-आधारित बाध्य और फ्यूज्ड पेप्टिडोमिमेटिक अणुओं के संश्लेषण पर काम किया, जो जैविक गतिविधि को और अधिक कार्यात्मक करने की क्षमता रखने की उम्मीद है। शोध प्रबंध और शोध पत्र लिखते समय, उन्होंने वैज्ञानिक लेखन और संचार के लिए अपने जुनून की खोज की।
गुहा, बफ़र। (11 अगस्त, 2022)। पूर्ण कपड़े दबाव सेंसर पहनने योग्य स्वास्थ्य निगरानी के लिए डिज़ाइन किया गया है। Azonano। 21 अक्टूबर, 2022 को https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544 से लिया गया।
गुहा, बफ़र। "पहनने योग्य स्वास्थ्य निगरानी के लिए डिज़ाइन किया गया एक ऑल-टिशू प्रेशर सेंसर"। Azonano।21 अक्टूबर, 2022।21 अक्टूबर, 2022।
गुहा, बफ़र। "पहनने योग्य स्वास्थ्य निगरानी के लिए डिज़ाइन किया गया एक ऑल-टिशू प्रेशर सेंसर"। Azonano। https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544। (21 अक्टूबर, 2022 तक)।
गुहा, बफ़र। 2022। ऑल-क्लॉथ प्रेशर सेंसर पहनने योग्य स्वास्थ्य निगरानी के लिए डिज़ाइन किया गया है। Azonano, 21 अक्टूबर 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsid=39544 को एक्सेस किया गया।
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