Незначительный магнитный эффект приводит к биоэлектронному датчику плюс сбор энергии

Инженерам известен широкий спектр физических эффектов, от хорошо известных (пьезоэлектрические эффекты) до несколько менее известных (скин-эффект) и до гораздо менее известных ( эффект Коанда ), и это лишь некоторые из них. Эти эффекты позволяют использовать как основные функции, так и сложные устройства благодаря тонким принципам работы.

Теперь команда из инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала новое мягкое и гибкое биоэлектронное устройство с автономным питанием, которое также является датчиком, на основе существенного поворота (без каламбура) менее известного магнитоупругого эффекта. Этот эффект представляет собой изменение магнитных свойств материала при механической деформации (деформации) и является обратным эффекту магнитострикции. Хотя это явление наблюдается с 19 века, оно обычно ассоциируется с твердыми материалами.

Однако исследователи показали, что магнитоупругий эффект может существовать в мягком и гибком материале, а не только в жестком. Чтобы доказать свою концепцию, команда использовала микроскопические магниты, диспергированные в силиконовой матрице толщиной с бумагу, для создания магнитного поля, сила которого изменяется по мере волнообразного движения матрицы. По мере изменения напряженности магнитного поля вырабатывается электричество, которое может собираться, в то время как величина тока также может действовать как датчик 

1. Показана основная мягкая система, основанная на магнитоупругом эффекте, и ключевые атрибуты, которые привели к созданию комбинированного магнитоупругого генератора и его способности обнаруживать даже незначительные размерные возмущения.
1. Показана основная мягкая система, основанная на магнитоупругом эффекте, и ключевые атрибуты, которые привели к созданию комбинированного магнитоупругого генератора и его способности обнаруживать даже незначительные размерные возмущения.

Команда построила небольшой гибкий магнитоупругий генератор (МЭГ) площадью около двух квадратных сантиметров, состоящий из катализированной платиной силиконовой полимерной матрицы (полидиметилсилоксана) и жидкометаллических катушек неодим-железо-борных наномагнетиков в спиралевидной конфигурации в качестве слоя магнитной индукции. 

2. Магнитоупругий генератор - это обманчиво простая конструкция с полимерной подложкой, на вершине которой находится спираль из спирального магнитного слоя.
2. Магнитоупругий генератор - это обманчиво простая конструкция с полимерной подложкой, на вершине которой находится спираль из спирального магнитного слоя.

Они прикрепили его к локтю испытуемого с помощью мягкой эластичной силиконовой ленты и наблюдали магнитоупругий эффект. Он был примерно в четыре раза больше, чем устройства аналогичного размера, в которых использовались твердые металлические сплавы, но при этом использовался тот же эффект. Их устройство генерировало ток 4,27 мА / см 2 , значение, которое они поддерживают, на четыре порядка лучше, чем у ближайшей сопоставимой технологии.

Используя свою полную систему и алгоритмы «сенсор-смартфон», они смогли извлечь ключевые сердечно-сосудистые параметры из мягкой МЭГ в состоянии пота . Это включало такие факторы, как скорость пульсовой волны и значение K; время подъема вверх и индекс жесткости; индекс радиального увеличения и время выброса левого желудочка.

4. В системе мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы пульсовый сигнал, измеренный мягкой МЭГ, усиливается и фильтруется аналоговой схемой, чтобы обеспечить достаточную детализацию формы пульсовой волны, оцифровывается через 12-битный АЦП в микроконтроллере STM32 и по беспроводной связи отправляется на смартфон через встроенный модуль Bluetooth.
4. В системе мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы пульсовый сигнал, измеренный мягкой МЭГ, усиливается и фильтруется аналоговой схемой, чтобы обеспечить достаточную детализацию формы пульсовой волны, оцифровывается через 12-битный АЦП в микроконтроллере STM32 и по беспроводной связи отправляется на смартфон через встроенный модуль Bluetooth.

Помимо анализа, разработки, конструирования и оценки их мягких МЭГ, их работа включает обширный глубокий физический анализ взаимодействия магнитных доменов на атомном уровне. Чтобы оценить магнитный поток при различных условиях деформации, они измерили плотность потока в приспособлении GMMC (гигантская магнитомеханическая связь) .

5. Это гигантское приспособление для магнитомеханической связи использовалось для точных измерений магнитного потока мягкого магнитоупругого материала в различных условиях деформации.
5. Это гигантское приспособление для магнитомеханической связи использовалось для точных измерений магнитного потока мягкого магнитоупругого материала в различных условиях деформации.