Innovazione, ecco il pannolino “smart”: un sensore segnala quando cambiarlo

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(foto da Pixabay)

Un nuovo sensore nel pannolino e’ in grado di rilevare quando e’ il momento di cambiarlo. E’ quello sviluppato dai ricercatori della Penn State negli Usa e potrebbe aiutare i lavoratori negli asili nido, negli ospedali e in altre strutture di cura. Inoltre, fanno sapere i ricercatori, il nuovo sensore potrebbe aprire la strada a monitor sanitari indossabili e autoalimentati da utilizzare non solo nei ‘pannolini intelligenti’ ma anche per diagnosticare problemi di salute come l’arresto cardiaco e la polmonite. “Il nostro team si e’ concentrato sullo sviluppo di dispositivi in grado di acquisire informazioni vitali per la salute umana – ha affermato Huanyu Larry Cheng, Professore di Engineering Science and Mechanics presso la Penn State in Pennsylvania – l’obiettivo e’ la diagnosi precoce delle condizioni di malattia e delle situazioni di salute, per individuare i problemi prima che sia troppo tardi”. Cheng e’ l’autore principale di questo nuovo studio, pubblicato sulla rivista ‘Nano Letters’, che descrive il processo di progettazione e fabbricazione di un affidabile sensore per elettrodi, disegnato a mano. Il sensore viene creato utilizzando una matita, disegnata su carta trattata con una soluzione di cloruro di sodio.

Il sensore di idratazione e’ altamente sensibile ai cambiamenti di umidita’ e fornisce letture accurate su un’ampia gamma di livelli di umidita’ relativa, dal 5,6% al 90%. La ricerca sui sensori indossabili sta decollando grazie alle loro applicazioni ad ampio raggio nella salute medica, nell’allarme di calamita’ e nella difesa militare, ha spiegato Cheng. I sensori di umidita’ flessibili sono diventati sempre piu’ necessari nell’assistenza sanitaria, per usi come il monitoraggio respiratorio e il rilevamento dell’umidita’ cutanea, ma e’ ancora difficile ottenere un’elevata sensibilita’ e un facile smaltimento con processi di fabbricazione semplici e a basso costo, ha aggiunto. “Volevamo sviluppare qualcosa a basso costo che le persone capissero come realizzare e utilizzare – e niente e’ piu’ semplice di carta e matita”, ha affermato Li Yang, professore presso la School of Artificial Intelligence presso l’Hebei University of Technology in Cina -non e’ necessario disporre di un’attrezzatura multimilionaria per la fabbricazione. Devi solo essere in grado di disegnare all’interno delle linee di un elettrodo pre-disegnato su un pezzo di carta trattata. Si puo’ fare in modo semplice e veloce”. Il dispositivo sfrutta il modo in cui la carta reagisce naturalmente ai cambiamenti di umidità e utilizza la grafite della matita per interagire con le molecole d’acqua e la soluzione di cloruro di sodio. Man mano che le molecole d’acqua vengono assorbite dalla carta, la soluzione si ionizza e gli elettroni iniziano a fluire verso la grafite della matita, attivando il sensore, che rileva i cambiamenti di umidita’ nell’ambiente e invia un segnale a uno smartphone, che visualizza e registra i dati. Essenzialmente, disegnare sulla carta pretrattata all’interno di linee pretrattate crea un circuito di carta miniaturizzato. La carta puo’ essere collegata a un computer con fili di rame e pasta d’argento conduttiva per fungere da rilevatore di umidita’ ambientale.
Per applicazioni wireless, come i “pannolini intelligenti” e il monitoraggio della respirazione basato su maschera, il disegno e’ collegato a una minuscola batteria al litio che alimenta la trasmissione dei dati a uno smartphone tramite bluetooth. Per il monitor della respirazione, il team ha disegnato l’elettrodo direttamente su una maschera facciale trattata con una soluzione. Il sensore ha facilmente differenziato la respirazione dalla bocca dalla respirazione dal naso ed e’ stato in grado di classificare tre stati respiratori: profondo, regolare e rapido. Cheng ha spiegato che i dati raccolti potrebbero essere utilizzati per rilevare l’insorgenza di varie condizioni patologiche, come l’arresto respiratorio e la mancanza di respiro. Ha aggiunto che la frequenza respiratoria e’ un segno vitale fondamentale e la ricerca ha dimostrato che e’ un indicatore precoce di una varietà di condizioni patologiche come eventi cardiaci, polmonite e deterioramento clinico. Puo’ anche indicare fattori di stress emotivi come carico cognitivo, caldo, freddo, sforzo fisico e stanchezza indotta dall’esercizio. Rispetto al respiro, la pelle umana mostra un cambiamento di umidita’ minore, ma i ricercatori sono stati comunque in grado di rilevare i cambiamenti utilizzando il loro sensore di umidita’ a matita su carta, anche dopo che i soggetti del test hanno applicato lozione o esercitato. La pelle e’ l’organo piu’ grande del corpo, ha spiegato Cheng, quindi se non elabora correttamente l’umidita’, cio’ potrebbe indicare che si sta verificando qualche altro problema di salute. “Diversi tipi di condizioni patologiche provocano diversi tassi di perdita di acqua sulla nostra pelle – ha affermato – la pelle funzionera’ in modo diverso in base a quelle condizioni sottostanti, che saremo in grado di contrassegnare e possibilmente caratterizzare utilizzando il sensore”. Il team ha anche integrato quattro sensori di umidità tra gli strati assorbenti di un pannolino per creare un “pannolino intelligente”, in grado di rilevare l’umidità e avvisare di un cambiamento. “Quell’applicazione e’ nata in realta’ dall’esperienza personale”, ha detto Cheng, che e’ il padre di due bambini piccoli.