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Improved prosthetics, robotics likely with silver nanowire sensors 

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han utilizado nanocables de plata para desarrollar sensores portátiles multifuncionales que podrían ser utilizados en aplicaciones biomédicas , militares o de atletismo , incluyendo las nuevas prótesis, sistemas robóticos y paneles táctiles flexibles. Los sensores pueden medir la tensión , la presión, el contacto humano y las señales de bioelectrónica , tales como electrocardiogramas .

" La tecnología se basa en la deformación ya sea físico o " bordean "cambios de campo eléctrico . Esto último es muy similar al mecanismo utilizado en las pantallas táctiles de teléfonos inteligentes , pero los sensores que hemos desarrollado son estirable y puede ser montado en una variedad de superficies curvilíneas tales como la piel humana " , dice Yao Shanshan , un doctorado estudiante en NC State y autor principal de un artículo sobre el trabajo.

" Estos sensores se podrían utilizar para ayudar a desarrollar prótesis que responden a los movimientos de un usuario y proporcionan información cuando está en uso , " dice el Dr. Yong Zhu , profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y autor principal del artículo . "También podría ser utilizado para crear la robótica que puede " sentir " su entorno, o los sensores podrían ser incorporados en la ropa para seguir el movimiento o monitorear la salud física de una persona. "

Los investigadores construyeron en un trabajo anterior de Zhu para crear conductores de alta conductividad y elásticas hechas de nanocables de plata . Específicamente , los investigadores intercalado un material aislante entre dos de los estirables conductors.The dos capas a continuación, tienen la capacidad de - llamado " capacitancia " - para almacenar cargas eléctricas . Empujar, tirar o tocar los conductores elásticos cambia la capacitancia. Los sensores funcionan midiendo el cambio en la capacitancia .

" La creación de estos sensores es simple y de bajo costo ", dice Yao . " Y ya hemos demostrado que los sensores en varios prototipos de aplicaciones . "

Por ejemplo , los investigadores emplearon estos sensores para controlar movimiento del pulgar , que puede ser útil en el control de dispositivos robóticos o de prótesis . Los investigadores también demostraron una aplicación para vigilar los movimientos de la rodilla , mientras que un sujeto de prueba se está ejecutando , caminando y saltando .

" La deformación que participan en estos movimientos es grande, y se rompería muchos otros dispositivos sensores ", dice Zhu. "Pero nuestros sensores se pueden extender al 150 por ciento o más de su longitud original sin perder la funcionalidad, por lo que pueden manejar la situación. "

Los investigadores también desarrollaron una serie de sensores que se pueden mapear la distribución de la presión , que es importante para el uso en robótica y prótesis sensores applications.The exhiben un tiempo de respuesta rápida - 40 milisegundos - por lo que la tensión y la presión pueden ser monitoreados en tiempo real.

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North Carolina State University researchers have used silver nanowires to develop wearable, multifunctional sensors that could be used in biomedical, military or athletic applications, including new prosthetics, robotic systems and flexible touch panels. The sensors can measure strain, pressure, human touch and bioelectronic signals such as electrocardiograms.

"The technology is based on either physical deformation or "fringing" electric field changes. The latter is very similar to the mechanism used in smartphone touch screens, but the sensors we've developed are stretchable and can be mounted on a variety of curvilinear surfaces such as human skin," says Shanshan Yao, a Ph.D. student at NC State and lead author of a paper on the work.

"These sensors could be used to help develop prosthetics that respond to a user's movement and provide feedback when in use," says Dr. Yong Zhu, an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State and senior author of the paper. "They could also be used to create robotics that can 'feel' their environment, or the sensors could be incorporated into clothing to track motion or monitor an individual's physical health."

The researchers built on Zhu's earlier work to create highly conductive and elastic conductors made from silver nanowires. Specifically, the researchers sandwiched an insulating material between two of the stretchable conductors.The two layers then have the ability - called "capacitance" - to store electric charges. Pushing, pulling or touching the stretchable conductors changes the capacitance. The sensors work by measuring that change in capacitance.

"Creating these sensors is simple and low cost," Yao says. "And we've already demonstrated the sensors in several prototype applications."

For example, the researchers employed these sensors to monitor thumb movement, which can be useful in controlling robotic or prosthetic devices. The researchers also demonstrated an application to monitor knee movements while a test subject is running, walking and jumping.

"The deformation involved in these movements is large, and would break a lot of other sensor devices," Zhu says. "But our sensors can be stretched to 150 percent or more of their original length without losing functionality, so they can handle it."

The researchers also developed an array of sensors that can map pressure distribution, which is important for use in robotics and prosthetics applications.The sensors exhibit a quick response time - 40 milliseconds - so strain and pressure can be monitored in real time.