Sensori di pressione FBG Fiber Bragg Grating stampati in 3d per i letti e il sonno intelligente

I SENSORI FBG STAMPATI IN 3D SBLOCCANO I “LETTI INTELLIGENTI” PER IL MONITORAGGIO DEL SONNO DEL PAZIENTE
 
Scienziati con sede in Cina, Pakistan e Hong Kong hanno collaborato per sviluppare nuovi sensori stampati in 3D che potrebbero essere utilizzati come base per i “letti intelligenti” del futuro. 

Utilizzando una stampante 3D FDM e materie prime PLA, i ricercatori sono riusciti a produrre sensori di pressione basati su Fiber Bragg Grating (FBG), in grado di tracciare i modelli di sonno delle persone con un alto grado di precisione. Se applicati all’interno delle strutture ospedaliere, il team ritiene che i loro dispositivi abbiano il potenziale per aiutare il personale a monitorare il benessere dei pazienti e intervenire tempestivamente se le loro condizioni peggiorano. 

“È stato svolto un lavoro limitato sui sensori stampati in 3D per determinare i loro benefici nell’uso come “letto intelligente” o pad per il monitoraggio dei pazienti che dormono”, hanno affermato i ricercatori nel loro articolo. “Nel [nostro] studio, il processo FDM è stato utilizzato per sviluppare sensori di pressione innovativi basati su FBG. I principali vantaggi di questi sensori includono leggerezza, insensibilità alla temperatura e prototipazione rapida con basso costo, alta precisione, EMI ed efficienza temporale.

 

Generalmente, un FBG è una microstruttura lunga pochi millimetri inscritta in un breve segmento di fibra ottica, in grado di modulare la luce che lo attraversa in risposta a stimoli di temperatura, deformazione o vibrazione. L’elevata sensibilità termica di tali dispositivi ha prestato loro una vasta ingegneria meccanica, applicazioni tessili e mediche, ma la loro efficacia dipende dalla loro base materiale. 

In passato, i sensori FBG orientati all’assistenza sanitaria sono stati fabbricati utilizzando colle, nastri o nastri e resina epossidica, ma il processo rimane dispendioso in termini di tempo, utilizzo di attrezzature e difficile da replicare. La stampa 3D, al contrario, consente sempre più la creazione di complessi dispositivi di rilevamento FBG, ma finora la ricerca è stata limitata a plantari personalizzati e poco è stato studiato per indagare sul loro potenziale di monitoraggio del sonno. 

Per rimediare, i ricercatori hanno utilizzato il software CATIA per progettare un nuovo sensore FBG prima di inviarlo a Flash Print come mezzo per regolare il livello di riempimento e infine stamparlo in 3D FDM. È interessante notare che, una volta stampata metà del dispositivo, il team ha sospeso la produzione per posizionarlo al centro di un semicerchio scanalato, al fine di garantire che il sensore fosse posizionato correttamente e in grado di resistere alle sollecitazioni.

Dopo aver terminato il prototipo, il team è stato immediatamente in grado di rilevare le variazioni del segnale utilizzando un interrogatore e un router wireless, che era correlato ai tempi di raffreddamento post-stampa. Per esaminare più da vicino questa relazione e indagare sul suo potenziale di rilevamento del letto, gli scienziati hanno proceduto a fabbricare altri tre dispositivi, collegarli e sottoporli a test di calibrazione. 

 

Durante le valutazioni iniziali, i sensori stampati in 3D del team sono stati posizionati nelle ganasce mobili di un tensore e sottoposti a carichi di pressione incrementalmente più elevati fino a 352,8 N. Ciascun dispositivo non solo ha resistito fino a sei cicli di test ripetuti, ma ha mostrato un costante variazione della lunghezza d’onda in ogni fase, dimostrando la loro capacità di fornire letture affidabili. 

Per valutare le prestazioni finali dei loro dispositivi, il team ha identificato e collocato i due prototipi più performanti sotto il materasso di un letto a 20 cm di distanza l’uno dall’altro, prima di chiedere a un volontario di 28 anni di simulare la “stella marina”. posizioni di sonno “log-destra e sinistra” e “caduta libera”, con i sensori che tracciano i suoi cambiamenti di postura.  

I risultati hanno mostrato che quando il soggetto del test cambiava la posizione del suo corpo, le letture dei sensori erano costantemente accurate, raggiungendo un tasso di errore relativo inferiore all’1%. Di conseguenza, sebbene il team ammetta che i loro dispositivi richiedano ulteriori test, ritengono che in futuro potrebbero aiutare i medici a identificare le variazioni nella respirazione di un paziente o persino a fornire un avviso di quando la frequenza cardiaca ha iniziato a diminuire. 

“I test hanno indicato che i sensori FBG mantengono prestazioni di misurazione stabili durante il carico e lo scarico e la relazione lineare montata ha mostrato che la variazione della lunghezza d’onda misurata è direttamente proporzionale alla differenza nel carico applicato”, ha concluso il team nel loro articolo. “Il letto intelligente basato su sensori di pressione FBG può [quindi] essere sviluppato per il monitoraggio dei pazienti negli ospedali”.

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