Il cerotto indossabile vibra quando rileva pericoli ambientali
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I ricercatori hanno creato un cerotto indossabile in grado di rilevare pericoli nell’ambiente – come gas pericolosi o metalli pesanti presenti nell’acqua – e di avvisare chi lo indossa tramite una vibrazione a contatto con la pelle. I ricercatori hanno inoltre esteso il loro lavoro alla creazione di una “pelle elettronica” per dispositivi robotici, che consente ai robot di rilevare ed evitare i pericoli presenti nel loro ambiente.
Sensore indossabile e multimodale in grado di rilevare sostanze tossiche presenti nell’ambiente sotto forma di gas, aerosol e soluzioni acquose e di avvisare chi lo indossa tramite codici di feedback tattile unici.
Baha Erim Uzunoğlu
«Esistono già sensori in grado di rilevare pericoli ambientali e inviare notifiche al telefono: volevamo migliorare questa tecnologia», afferma Erim Uzunoğlu, primo autore di un articolo dedicato a questo lavoro e dottorando presso la North Carolina State University. «Avevamo due obiettivi per questo lavoro. Innanzitutto, volevamo miniaturizzare i sensori e integrarli in un cerotto indossabile per identificare eventuali rischi potenziali per chi lo indossa.
"In secondo luogo, se si entra in contatto con una sostanza pericolosa, è necessario saperlo il più rapidamente possibile. E se la notifica viene inviata al telefono, potrebbe non essere possibile controllarla immediatamente. Per questo abbiamo voluto integrare la tecnologia tattile nel cerotto, in modo che vibri non appena viene rilevato il pericolo, consentendo alle persone di reagire rapidamente alla potenziale minaccia.»
Per questo progetto, i ricercatori hanno creato un cerotto quadrato leggermente più piccolo di una patente di guida. Il cerotto contiene un microcontrollore che funge da “cervello” del dispositivo; una batteria molto piccola; sensori per monitorare sei pericoli ambientali; e un minuscolo attuatore, che funge da motore tattile che vibra a contatto con la pelle. L’esterno del cerotto incorpora inoltre una serie di celle fotovoltaiche a film sottile, che consentono al dispositivo di raccogliere energia solare mentre viene indossato.
«Non basta avere un motore che ronza; bisogna percepirlo davvero», afferma Oluwatobi Ojuade, coautore dell’articolo e dottorando alla NC State. «Abbiamo quindi progettato minuscole superfici ruvide che si trovano all’interfaccia tra il motore e la pelle, quasi come un motivo in miniatura di protuberanze. Modificando le dimensioni e la distanza tra queste protuberanze, siamo riusciti a controllare il modo in cui la vibrazione viene percepita a contatto con la pelle. Questo ci ha permesso di mettere a punto la sensazione in modo che attiri davvero l’attenzione, invece di sembrare un ronzio debole che si rischia di non sentire».
Il dispositivo attiva inoltre una “sequenza tattile” diversa, ovvero uno schema di vibrazione specifico, per ogni pericolo rilevato. Ciò consente a chi lo indossa di determinare a quale pericolo ambientale prestare attenzione.
"Durante i test di validazione del concetto, abbiamo riscontrato che il dispositivo è riuscito a rilevare efficacemente le sostanze pericolose e ad attivare immediatamente la risposta tattile", afferma Uzunoğlu. «Abbiamo inoltre constatato che la tecnologia di recupero dell’energia ha contribuito efficacemente a prolungare la durata della batteria. In combinazione con il basso consumo energetico dei sensori, ciò consente al dispositivo di funzionare per circa 24 ore».
Mentre i ricercatori stavano sviluppando il cerotto, si sono chiesti se fosse possibile estendere il concetto per l’uso in dispositivi robotici, consentendo ai robot di rilevare e reagire ai pericoli presenti nel loro ambiente. Ciò ha portato allo sviluppo di quella che chiamano «e-skin».
L’e-skin consiste essenzialmente nel sovrapporre il cerotto sensore a uno strato di materiale piezoelettrico. Quando il sensore rileva un pericolo e attiva la risposta tattile, la vibrazione risultante contro lo strato piezoelettrico genera un segnale elettrico che può essere rilevato dal robot.
Nei test di validazione del concetto, l’e-skin ha permesso ai robot quadrupedi di rilevare i pericoli e modificare il proprio percorso per evitarli.
«Il cerotto e l’e-skin sono realizzati in gran parte utilizzando componenti disponibili in commercio, con pochissimi elementi progettati su misura», afferma Amay Bandodkar, coautore corrispondente dell’articolo e assistente professore di ingegneria elettrica e informatica alla NC State. «Ciò dovrebbe rendere più facile scalare la tecnologia in futuro. Inoltre, il concetto è estremamente flessibile: la matrice di sensori è modulare, quindi è possibile aggiungere o rimuovere sensori per monitorare i pericoli più rilevanti per l’applicazione specifica.
«È davvero sorprendente vedere che siamo in grado di codificare segnali tattili in materiali con proprietà diverse, cosa che in passato è stata molto difficile da realizzare – specialmente in situazioni reali in cui le persone vorrebbero indossare il dispositivo», afferma Lilian Hsiao, coautrice corrispondente e professoressa associata di ingegneria chimica e biomolecolare alla NC State. «Combinare un dispositivo indossabile con sofisticate capacità di rilevamento e la possibilità di avvisare l’utente è un obiettivo su cui lavoriamo da molto tempo.»
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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