La respiration, l'un des signes vitaux de la surveillance de la santé humaine, contient de nombreuses informations physiologiques sur la santé individuelle et les maladies potentielles. La surveillance en temps réel de la respiration peut détecter les risques potentiels de maladie et même sauver des vies. Compte tenu des défauts de la plupart des équipements de surveillance respiratoire, tels que complexes et encombrants, non adaptés à une surveillance portable et en temps réel, il est d'une grande importance de développer un système de surveillance respiratoire en temps réel auto-alimenté et portable.

Un système de surveillance respiratoire en temps réel, portable et intelligent, auto-alimenté, basé sur un capteur de contrainte à fibre spirale (HFSS) auto-alimenté, a été développé à l'Institut des nanoénergies et des systèmes de Pékin, Académie chinoise des sciences. Le système peut mesurer certains paramètres respiratoires clés pour la prévention des maladies et le diagnostic médical. L'alarme intelligente peut appeler automatiquement un téléphone mobile prédéfini pour obtenir de l'aide en fonction des changements dans le comportement respiratoire humain.

Les chercheurs choisissent la fibre de polyamide plaquée argent commerciale comme électrode, le choix de la fibre de polytétrafluoroéthylène (PTFE) et la fibre de polyamide comme matériau triboélectrique, grâce à la méthode noyau-coquille de gainage de fibre pour dissimuler la fibre de polyamide plaquée argent tissée La fibre de PTFE et l'enroulement de fibre de polyamide la fibre de polyamide plaquée argent tissée l'enroulement des fibres en alternance sur un matériau de base en fibre peut être étiré, la fibre PTFE ou la fibre polyamide utilisée comme coque, la fibre plaquée argent comme couche centrale. La fibre de coque est enroulée autour de la fibre centrale et les deux sont entrelacées. La séparation de contact de deux couches triboélectriques (PTFE et nylon) peut être réalisé par le mouvement de relâchement de tension du capteur. Au cours du processus de traction, l'hélice s'allonge dans le sens longitudinal et le nylon et le PTFE adjacents se séparent jusqu'à ce que la contrainte de traction maximale soit atteinte.

Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur le couplage de l'électrification des contacts et de l'induction électrostatique de deux matériaux triboélectriques (PTFE et nylon). En raison des polarités triboélectriques opposées du PTFE et du nylon, leurs surfaces induiront des charges triboélectriques positives et négatives équivalentes. Une fois que le capteur est étiré par une force externe, les surfaces de contact commencent à se séparer, créant une différence de potentiel entre les deux surfaces qui entraîne les électrons libres. En étudiant l'effet de la contrainte de traction sur la sortie électrique du capteur, on constate que la tension en circuit ouvert, le courant de court-circuit et le transfert de charge en court-circuit augmentent tous avec l'augmentation de la contrainte de traction. Lorsque la contrainte de traction est de 1 %, le capteur a toujours une tension de sortie stable de 0.5 V, ce qui est très sensible à la contrainte.

Les chercheurs ont intégré un capteur de contrainte auto-alimenté dans la bande thoracique et l'ont fixé sous la poitrine pour surveiller la respiration. À mesure que la poitrine se dilate ou se contracte, les capteurs se dilatent et se contractent régulièrement. Grâce au calcul et au traitement de ces signaux électriques, le taux respiratoire humain, la capacité vitale forcée, le débit expiratoire de pointe et d'autres indicateurs peuvent être obtenus. En outre, les chercheurs ont développé un système de surveillance respiratoire en temps réel, portable et intelligent, qui comprend un spiromètre intelligent et une alarme intelligente auto-alimentée. Le spiromètre intelligent peut quantifier le débit d'air par expiration et diagnostiquer dans un premier temps les maladies respiratoires. L'alarme intelligente appellera automatiquement le téléphone prédéfini pour obtenir de l'aide lorsque le sujet arrête de respirer pendant plus de 6 secondes.

La recherche fournit une structure en spirale efficace pour fabriquer des capteurs de contrainte très sensibles basés sur des nanogénérateurs à friction et développe un système de surveillance respiratoire en temps réel portable et auto-alimenté, montrant un grand potentiel en matière de surveillance de la santé respiratoire personnelle et d'électronique médicale portable intelligente. "Des capteurs de contrainte à fibre hélicoïdale basés sur des nanogénérateurs triboélectriques pour la surveillance auto-alimentée du système respiratoire humain ont été publiés dans ACS Nano.