اشنایی با کاربرد حسگرها در حفظ سلامت

به جز حسگرهایی که در ردیاب‌های سلامت به کار می‌رود، انواع دیگر حسگرها برای ساخت فناوری‌های توانبخشی، پروتزها، ایمپلنت‌ها و … استفاده می‌شود. نوع دیگری از ردیابی مشخصات سلامت با حسگرها منعطف انجام می‌شود. در ادامه این مقاله از مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی به انواع این حسگرها اشاره خواهد شد.

حسگر کفی کفش

استفاده از حسگرها برای برای ارتباط با بیماران در مواقع اضطراری

فناوری شرکت Care Direct Technology شامل حسگرهای هوشمند، ساعت هوشمند، هشدارهای شخصی، میکروفون دوسویه و دوربین و یک هاب هوشمند برای جمع آوری داده‌ها به صورت منظم و بارگذاری آن روی یک اپلیکیشن است. این ابزارها برای ارتباط از راه دور با بیماران و دخالت در مواقع اضطراری طراحی شده است. ساعت هوشمند و هاب هوشمند با کمک Alexa و با فرمان صوتی فعال می‌شوند. همچنین برای افرادی که به دلایلی دور از اجتماع زندگی می‌کنند کمک بزرگی برای مبارزه با افسردگی است. این ابزارها به WiFi و ۴G متصل می‌شوند و خارج از منزل نیز قابل استفاده هستند.

Care Direct Technology

حسگرهای برای ارائه بازخورد لمسی با عضلات مصنوعی

پژوهشگران دانشگاه نیو ساوت ولز استرالیا با استفاده از عضلات نرم و مصنوعی، بازخورد لمسی از اشیا در مکان‌های دور یا در محیط واقعیت مجازی را فراهم می‌کنند. دانشمندان ادعا می‌کنند این دستگاه جدید تجربه واقع بینانه‌تری نسبت به راهکارهای پیشین ارائه می‌دهد. در واقع این دستگاه با استفاده از حسگرهایی، نیروهای احساس شده توسط انسان را ضبط می‌کند و سپس به صورت بی‌سیم آنها را برای کاربران از راه دور بازسازی می‌کند. شرایط بسیاری وجود دارد که حس لامسه مفید خواهد بود، برای نمونه در یک مشاوره پزشکی از راه دور، پزشک قادر به معاینه فیزیکی بیمار نیست. این فناوری مقیاس‌پذیر است و می‌تواند برای استفاده در برنامه‌های مختلف مانند دستگاه‌های پزشکی، ربات‌های جراح و آموزشی، واقعیت افزوده و مجازی، دورکاری و خودروهای خودران مفید باشد.

حسگرهای الکترومیوگرافی برای تشخیص فعالیت دست قطع شده

پروتز رباتیک Hannes

پروتز رباتیک Hannes در مؤسسه فناوری ایتالیا (IIT) توسعه یافته است. Hannes قادر به تکرار ویژگی‌های اصلی بیولوژیکی دست انسان است و می‌تواند بیش از ۹۰٪ عملکرد را به دست افراد دچار قطع اندام فوقانی بازگرداند. این پروتز دارای چند مفصل در قسمت دست و مچ است و ویژگی اصلی آن نرمی و توانایی انطباق پویا با شکل اشیا برای گرفتن است. Hannes یک سامانه مایوالکتریک است که می‌تواند در طول روز پوشیده شود و برای انواع اختلالات اندام فوقانی قابل تنظیم است. آرایه‌ای از حسگرهای الکترومیوگرافی سطحی که در یک سوکت سفارشی قرار گرفته‌اند، فعالیت عضلات باقیمانده در قسمت بازو را تشخیص می‌دهد. افزون بر این، از طریق نرم‌افزار ویژه و اتصال بلوتوث، می‌توان پارامترهای دست، مانند دقت و سرعت حرکات را به صورت دلخواه تنظیم کرد تا از بهینه‌ترین تجربه برای هر کاربر اطمینان حاصل شود.

پروتز بیونیک Cure Bionics

چاپ سه بعدی پروتزهای دست خورشیدی در تونس. محمد داوافی، مهندس ۲۸ ساله برق و الکترونیک تونسی، شرکتی نوپا با نام Cure Bionics را برای کار روی پروتزهای بیونیک تأسیس کرد. این گروه یک بازوی بیونیک چاپ سه بعدی که با انرژی خورشید شارژ می‌شود، ارائه داده‌اند. این پروتز با سیگنال الکتریکی عضلات باقی‌مانده کنترل می‌شود. حسگرهای متصل به بازو به همراه نرم‌افزار مبتنی بر هوش مصنوعی، حرکت عضلات را تشخیص می‌دهد. این پروتز دارای سوکت قابل تنظیم است که می‌توان آن را برای هر اندازه‌ای تنظیم کرد. همچنین دارای شارژر بیسیم و خورشیدی است. شرکت Cure Bionics این امکان را برای کاربران فراهم کرده است تا رنگ، شکل و طرح‌های پروتز را انتخاب کنند. یک راه‌کار درمانی نیز وجود دارد که با استفاده از واقعیت مجازی و گیمیفیکیشن به کاربران امکان می‌دهد توانبخشی و آموزش نحوه استفاده از پروتزهای آینده را داشته باشند.

پروتز بیونیک  Cure Bionics

پروتز دانشگاه کالیفرنیا-برکلی

مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، دستگاه جدیدی ایجاد کرده‌اند که حسگرهای زیستی پوشیدنی و نرم افزار هوش مصنوعی را برای تشخیص حرکات دست فرد بر اساس الگوهای سیگنال الکتریکی دست، ترکیب می‌کند. این دستگاه زمینه را برای کنترل بهتر پروتز و تعامل یکپارچه با دستگاه‌های الکترونیکی مانند رایانه فراهم می‌کند. پروتزهای مصنوعی یکی از کاربردهای مهم این فناوری است. همچنین تشخیص حرکات دست یکی از راه‌های بهبود تعامل انسان و رایانه با حفظ حریم خصوصی است.

حسگرهای داخل کفش و ربات‌های متحرک برای کمک به سلامت سالمندان

پژوهشگران در مؤسسه فناوری استیونز از جدیدترین فناوری‌‌‌های مکانیکی و رباتیک برای کمک به سالمندان و حفظ استقلال آنها بهره گرفته‌اند. حفظ تعادل و حرکت موضوعات قابل توجهی برای جمعیت سالمندان است. ربات‌های متحرک می‌تواند با کمک به عملکرد راه رفتن و کاهش احتمال سقوط به سبک زندگی سالم آنها کمک کند. این گروه از پژوهشگران در حال توسعه الگوریتم‌هایی است که از داده‌های لحظه‌ای حسگرهای هوشمند قرار گرفته داخل کفش برای کنترل و ناوبری ربات و نحوه تعامل ربات با افراد مسن استفاده می‌کند. این یک روش امیدوار کننده برای کمک به سالمندان در انجام ایمن تمرین‌های پیاده‌روی و حفظ کیفیت زندگی آنها است.

 حسگرهای داخل کفش و ربات‌های متحرک برای کمک به سلامت سالمندان

حسگرهای لباس هوشمند برای ورزشکاران

این لباس هوشمند از تلفن همراه نیرو می‌گیرد تا بر عملکرد ورزشکاران نظارت کند. ورزشکاران همیشه در جستجوی راهی جدید برای غلبه بر محدودیت‌های عملکردی انسان هستند. برای این کار لازم است محدودیت‌های فعلی آنها مشخص شود.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) لباس هوشمندی ساختند که با تلفن همراه کار می‌کند و می‌تواند داده‌های فیزیولوژیکی مانند وضعیت بدن، گام‌ها و دمای بدن را هنگام حضور در زمین بازی در اختیار ورزشکاران قرار دهد. فناوری کنونی مورد استفاده برای نظارت بر عملکرد ورزشکاران از ردیاب‌های تناسب اندام پوشیدنی کوچک تا تجهیزات دقیق نظارت بالینی است. ردیاب‌های تناسب اندام جمع و جور و سبک هستند اما تنها قادر به جمع‌آوری داده‌ها از یک نقطه هستند که کافی نیست. تجهیزات نظارت بالینی می‌توانند چندین حسگر را برای گرفتن اطلاعات از نقاط مختلف بدن ورزشکار در خود داشته باشند، اما پر از سیم و برای استفاده در فضای باز بسیار حجیم هستند این سامانه جدید، پژوهشگران را قادر می‌سازد تا داده‌ها را از چندین حسگر در نقاط مختلف بدن ورزشکار در محیط بیرون جمع‌آوری کنند در حالی که حجم، وزن و سیم را به کمترین حد ممکن می‌رساند.

استفاده از تلفن هوشمند به عنوان منبع تغذیه

این لباس هوشمند با بیشتر تلفن‌های هوشمند مدرن کار می‌کند. تلفن هوشمند هم به عنوان منبع تغذیه و هم به عنوان نمایشگر برای مشاهده داده‌های حسگرها عمل می‌کند. نمونه نخست فعلی می‌تواند تا شش حسگر را در هر تلفن هوشمند پشتیبانی کند در حالی که اطلاعاتی مانند وضعیت نخاعی، گام برداشتن و دمای بدن را به طور همزمان جمع‌آوری می‌کند. در میان این عملکردها، توانایی اندازه‌گیری موقعیت ستون فقرات از اهمیت بیشتری برخوردار است زیرا وضعیت نخاعی بخشی جدایی‌ناپذیر در ایجاد یک موقعیت ورزشی است که به دلیل دشواری در جمع‌آوری داده‌های لحظه‌ای، پیش از این نادیده گرفته می‌شد. وضعیت ورزشی مناسب می‌تواند به کاهش خطر آسیب و بهینه‌سازی عملکرد کمک کند. این لباس هوشمند می‌تواند به طور مداوم وضعیت ستون فقرات یک ورزشکار را کنترل کند تا داده‌های لحظه‌ای را با کمترین تأثیر بر عملکرد آنها ارائه دهد زیرا بیسیم و سبک است.

حسگرهای لباس هوشمند برای ورزشکاران از دانشگاه ملی سنگاپور NUS

حسگرهایی برای حفظ سلامت دهان ودندان

حسگر مسواک هوشمند Colgate

مسواک هوشمند Hum از Colgate با قیمتی در حدود نصف نمونه‌های پیشین سعی دز اصلاح الگوی تمیز کردن دندان دارد. این مسواک هوشمند با حسگر شتابسنج و ژیروسکوپ مکان دست، سرعت حرکت دست و در کل مشخصات مسواک را هنگام مسواک زدن شناسایی می‌کند. سپس بر پایه این اطلاعات با یک مربی صوتی مسواک زدن صحیح را به کاربر اموزش می دهد. برای همگام سازی آن کافیست گوشی هوشمند را به آن نزدیک کنید و بدون دسترسی اینترنت و به شکل آفلاین این کار انجام می‌شود. داده‌ها تا ده روز در مسواک ذخیره می‌شود لذا نیازی نیست در هر بار مسواک زدن تلفن همراه کاربر باشد.

مسواک هوشمند Colgate

حسگرهای ردیاب سلامت

حسگر جدیدی که با ایمپلنت دندان برای کنترل سلامت استخوان فک ادغام می‌شود
در حال حاضر، از اشعه ایکس برای نظارت بر سلامت فک پس از کاشت دندان استفاده می‌شود. اشعه ایکس معمولاً شامل مقادیر کمی پرتودرمانی است، اما افرادی که ایمپلنت دندانی دارند ممکن است برای کنترل سلامت استخوان خود پس از جراحی به طور مکرر به اشعه ایکس نیاز داشته باشند.

برای کاهش این نیاز به اشعه ایکس، علیرضا حسن زاده استادیار و دو دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه شهید بهشتی حسگر جدیدی طراحی کردند که می‌تواند با ایمپلنت‌های دندانی ادغام شود. این حسگر تغییرات در میدان الکتریکی را برای نظارت بر رشد استخوان اندازه‌گیری می‌کند. این حسگر پیش از تجاری شدن باید از نظر اندازه و اشکال مختلف ایمپلنت بهینه شود و آزمایش‌های بالینی با انواع مختلف بیماران تکمیل شود.

حسگرهایی برای ایجاد حس لامسه

این حسگر کشسان جدید به ربات‌ها و واقعیت مجازی حس لامسه می‌بخشد. جنبه‌های مجازی واقعیت مجازی مدرن به طور مداوم در حال بهبود است، اما بدون احساسات لمسی کاملاً واقعی نیست. گروهی از مهندسان در دانشگاه کرنل یک حسگر فیبر نوری ایجاد کرده‌اند که LEDها و رنگ‌های کم هزینه را برای ایجاد یک پوست کشسان ترکیب می‌کند. این پوست می‌تواند تغییر شکل‌هایی مانند فشار و خم شدن را تشخیص می‌دهد.

در یک دستکش نمونه اولیه، هر انگشت دارای یک چراغ راهنما است که حاوی یک جفت هسته الاستومری پلی‌اورتان است. یک هسته شفاف است، هسته دیگر در چندین مکان با رنگ‌های جاذب پر شده و به یک LED متصل می‌شود. هر هسته برای ثبت تغییرات هندسی در مسیر نور، با یک تراشه قرمز، سبز و آبی ترکیب شده است. با خم کردن انگشتان یا تغییر فشار، چراغ‌ها تغییر رنگ می‌دهند، با روشن شدن هر رنگ دقیقاً مشخص می‌شود چه اتفاقی افتاده و مکان و اندازه دقیق تغییرات را تشخیص می‌دهد. این دستکش با چاپگر سه بعدی چاپ شده و به بلوتوث مجهز است، بنابراین می‌تواند داده‌ها را به نرم‌افزار اصلی منتقل کند که حرکات و تغییر شکل‌های دستکش را در زمان واقعی بازیابی می‌کند.

در حال حاضر، سنجش بیشتر توسط بینایی انجام می‌شود. به گفته پژوهشگران، توسعه آنها می‌تواند برای بهبود سامانه‌های واقعیت مجازی مورد استفاده قرار گیرد و در دست یک ربات قرار گیرد تا به آنها حس لامسه بدهد. این گروه همچنین در حال استفاده از فناوری جدید در فیزیوتراپی و پزشکی ورزشی است. موادی که به تغییر شکل پاسخ می‌دهند، به ماشین‌ها لمس آنالوگ می‌بخشند و در نتیجه قابلیت‌های آنها را گسترش می‌دهند.

حسگرهای برای ایجاد حس درد با استفاده از هوش مصنوعی

دانشمندان دانشگاه صنعتی نانیانگ سنگاپور با الهام از مغز، روشی ایجاد کرده‌اند که ربات‌ها با هوش مصنوعی بتوانند درد را تشخیص دهند و در صورت آسیب دیدن، بدون نیاز به مداخله انسانی خود را ترمیم کنند. رویکرد جدید پژوهشگران، هوش مصنوعی را وارد شبکه حسگرها می‌کند. همچنین چند واحد پردازش کوچک و کم انرژی به شبکه حسگرها وارد می‌شود، که مانند “مغزهای کوچک” توزیع شده روی پوست رباتیک عمل می‌کنند. در نتیجه فشار وارد شده توسط یک نیروی فیزیکی احساس می‌شود. با این رویکرد یادگیری به صورت محلی اتفاق می‌افتد و نیاز به سیم‌کشی و زمان پاسخگویی برای ربات پنج تا ده برابر کاهش می‌یابد. ترکیب این سامانه با نوعی ژل یونی خود ترمیم شونده به ربات‌ها اجازه می‌دهد تا در صورت آسیب دیدن عملکردهای مکانیکی خود را بدون دخالت انسان بازیابی کنند.

جمع آوری داده های محیط زیست با انواع حسگرها

پژوهشگران دانشگاه واشنگتن یک حسگر کوچک و جدید ساخته‌اند که می‌تواند با یک هواپیمای بدون سرنشین کوچک یا حتی روی پشت حشرات حمل شود. این حسگر تنها ۹۸ میلی گرم وزن دارد و حمل آن آسان است. ویژگی برجسته این حسگر بسیار کوچک، عمر باتری ۲٫۵ سال و ارسال بیسیم اطلاعات از فاصله یک کیلومتری است. در نتیجه این سامانه برای نظارت بر منطقه‌ای که باید برای مدت زمان نسبتاً طولانی مورد مطالعه قرار گیرد مانند جنگل یا مزرعه مناسب است. این حسگر را می‌توان از ارتفاع ۲۲ متری رها کرد تا با خیال راحت و بدون آسیب دیدن فرود آید. هنگامی که حسگر روی زمین قرار می‌گیرد، می‌تواند داده‌ها از قبیل دما و رطوبت محیط اطراف خود را اندازه بگیرد.

جمع آوری داده های محیط زیست با انواع حسگرها

حسگرهایی برای تمیز دادن اشیا توسط هوش مصنوعی

گروهی از پژوهشگران کالج دارتموث با همکاری شرکت Microsoft یک روش شناسایی اشیا به نام Capacitivo را برای ایجاد پارچه‌های تعاملی توسعه داده‌اند. روش آنها شامل بافتن شبکه‌ای از الکترودها به پارچه است. حسگرهای یکپارچه تغییرات ایجاد شده در الکترودها را در اثر وجود جسم تشخیص می‌دهند. سپس پارچه به سیستم یادگیری عمیق متصل و برای تشخیص اشیا آموزش داده می‌شود. پژوهشگران با استفاده از این روش یک سفره ساختند که به یک رایانه متصل شد. وقتی قطعات میوه روی نمونه اولیه قرار می‌گرفت، سامانه نحوه تأثیر آنها بر روی سفره را تجزیه و تحلیل می‌کرد و نام میوه را نمایش می‌داد. این سامانه دارای دقت ۹۴٫۵ بود. چنین سامانه‌ای می‌تواند برای اهداف مختلفی استفاده شود، از جمله یادآوری کاربران درباره چیزهایی که روی میز گذاشته‌اند و کمک به برنامه‌ریزی وعده‌های غذایی.

حسگرهایی به شکل پوست مصنوعی به عنوان ردیاب سلامت

از ماده‌ای که از نظر قدرت، کشش و حساسیت از پوست انسان تقلید می‌کند می‌توان برای جمع‌آوری داده‌های بیولوژیکی در زمان واقعی استفاده کرد. پوست الکترونیکی ممکن است نقش مهمی در پروتزهای آینده، داروهای شخصی، رباتیک نرم و هوش مصنوعی داشته باشد. به گفته پژوهشگران، پوست الکترونیکی آنها با بقیه متفاوت است، این به دلیل وجود حسگرهای دو بعدی است.

این پوست از هیدروژل ساخته شده است. استفاده از لایه‌ای از نانوسیم‌ها و سپس کنترل دقیق آنها، مسیرهای رسانایی را به لایه حسگر افزوده است که حتی در صورت کشیده شدن مواد تا ۲۸ برابر اندازه اصلی، دست نخورده باقی می‌ماند. پژوهشگران در طول آزمایش‌ها دریافتند که پوست الکترونیکی آنها می‌تواند اشیا را از فاصله تقریباً ۲۰ سانتی‌متری حس کند، در کمتر از یک دهم ثانیه به محرک‌ها پاسخ دهد و هنگامی که به عنوان حسگر فشار استفاده می‌شود، می‌تواند دست خط نوشته شده را تشخیص دهد. این نوع پوست الکترونیکی می‌تواند طیف وسیعی از اطلاعات بیولوژیکی مانند تغییرات فشار خون را که از لرزش‌های شریان‌ها و حرکات اندام‌ها و مفاصل بزرگ قابل تشخیص است، کنترل کند. سپس این داده‌ها از طریق وای‌فای در ابر به اشتراک گذاشته و ذخیره می‌شوند.

حسگرهایی به شکل پوست مصنوعی به عنوان ردیاب سلامت

تشخیص بیماری به کمک حسگرها

حسگر چندگانه پژوهشگران CaltTech برای COVID-19 ساخته شده است. این آزمایش چندگانه می‌تواند وجود ویروس SARS-CoV-2، پادتن‌ها و مارکر‌های تورم را شناسایی کند.آزمایش با نمونه بزاق و خون در کمتر از ۱۰ دقیقه پاسخ می دهد. حسگر ساخته شده با لایه گرافین متخلخل به شدت نسبت به مولکول‌های هدف حساس است. پادتن‌ها و پروتئین‌های که روی گرافین قرار می‌گیرد ویروس، پادتن‌های ویژه‌ ان و مارکرهای تورم را گیرمی‌اندازد. به این صورت این آزمایش در منزل نیز قابل استفاده است و باتوجه به حساسیت موجود برای تشخیص بیماران، بسیار کاربردی است.


بیشتر بخوانیم:
حسگر فشار مقاوم و منعطف نویدبخش فناوری های رباتیک نرم
نظارت بر روند ترمیم زخم با حسگر پانسمان هوشمند


«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *