Standalone sensorsysteem maakt gebruik van menselijke bewegingen om de gezondheid en het milieu te bewaken

De gebruikte lasers zijn volgens Cheng verkrijgbaar in de meeste machinefabrieken.

“Deze materialen zijn goedkoop en de duurdere gereedschappen zijn overal verkrijgbaar – Penn State alleen al heeft honderden van deze lasers,” zei co-corresponderende auteur Cheng Zhang, die verbonden is aan de Minjang University in China en een gastonderzoeker was in het laboratorium van Cheng. “Met de goedkope en brede beschikbaarheid van materialen en hulpmiddelen, zou deze aanpak zeker kunnen worden opgeschaald voor gebruik in de klinische setting.”

Met hetzelfde nanocomposietmateriaal waaruit elk apparaat bestaat, werken de componenten van het systeem naadloos samen, aldus Cheng. Omdat het 3D-nanocomposietschuim voorgespannen was, ontstond de “verfrommeld” effect kan elk onderdeel ook worden uitgerekt en gebogen om zich aan de menselijke huid of kleding te hechten zonder de gevoeligheid te verliezen.

“De verbeterde elektrische geleidbaarheid, mechanische robuustheid en het specifieke oppervlak van het verfrommelde poreuze grafeen/MXenen van de eenvoudige fabricage bieden mogelijkheden voor toepassingen in het stand-alone rekbare apparaatplatform,” zei Zhang.

Om proof-of-concept te demonstreren, droeg een onderzoeksmedewerker gassensoren onder hun neus en om hun pols, evenals nanogeneratoren op hun schoenen en een reeks micro-supercondensatoren op hun shirt. De persoon oefende krachtig, waarbij de nanogeneratoren energie oogstten die werd geproduceerd door hun voetbewegingen. Die energie werd opgeslagen door de micro-supercondensatoren, die de kracht gebruikten om gegevens van de gassensoren te verzamelen en naar een Bluetooth-ontvanger te sturen, waar de wetenschappers het konden analyseren. De sensoren bewaakten continu zowel de uitgeademde lucht als de omgeving op stikstofdioxide.

“De metingen kwamen overeen met die van een commerciële sensor,” zei Cheng. Hij merkte ook op dat het systeem tijdens laboratoriumtests gedurende 50 dagen stabiele snelheden liet zien, wat wijst op de stabiliteit op lange termijn van het systeem voor real-life toepassingen. “De ontwerpstrategieën en demonstraties van dit werk maken de weg vrij voor het ontwerp, de fabricage en toepassing van bio-geïntegreerde elektronica van de volgende generatie voor gezond ouder worden en precisiegeneeskunde.”