חיישנים לבישים יכולים לסייע במניעת בעיות בריאותיות קריטיות על ידי מעקב רציף אחר גורמים פיזיולוגיים בזמן אמת. באופן ספציפי, ניטור זיעה יכול לספק תובנות חשובות לגבי איזון אלקטרוליטים ובריאות כללית. ריכוז נתרן בזיעה הוא אינדיקטור מפתח להתייבשות וביצועי השרירים. חומרי קולנוע דקים, כמו צינורות פחמן (CNTs) וממברנות סלקטיביות יונים (ISMs), הפכו למרכזי בפיתוח חיישני זיעה לבישים. CNTs מציעים גמישות מכנית גבוהה ומוליכות חשמלית, ו- ISMs מאפשרים גילוי לא פולשני של יונים ספציפיים בזיעה.
לרוע המזל, איזמים הם מטבעם הידרופובי, כלומר הם דוחים מים, ובהרחבה, זיעה. זה מוביל ליציבות האות הנמוכה והיענות. בנוסף, תנועת גוף וחיכוך מפריעים לרוב לקריאות חיישנים, וזו הסיבה שרוב חיישני הזיעה מסתמכים על מגע הדוק עם העור או הדבקים. עם זאת, מגע הדוק יכול להוביל לאי נוחות של המשתמשים, בעוד ששימוש בדבק לטווח הארוך יכול להשפיע לרעה על בריאות העור, וכתוצאה מכך לזיהומים, גירוי וסיכונים אחרים.
כדי להתמודד עם אתגרים אלה, צוות מחקר, בהובלת הדוקטורט. הסטודנט מארק ג'וזפ מונטגוט מארקס מהמחלקה למדעי הביולוגיה האינטגרטיבי והנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת ווסדה ביפן, פיתח ISM חדש בהשראת ביו. "בהשראת עלי כותרת של ורדים, עיצבנו ISM מיקרו-נוי המשפר את הרטיבות ומציג תכונות לניקוי עצמי,"מסביר מארקס."זה איפשר לנו להימנע ממגע של החיישן עם העור, בניגוד לחיישנים קונבנציונליים הדורשים טלאים דביקים הזקוקים להחלפה תכופה."
הצוות כלל סטודנט לתואר שני טאקאוקי מסוג'י מאוניברסיטת ווסדה, עוזר פרופסור מוחמד אדל מאוניברסיטת לוואן במצרים, פרופסור אחמד מר פאת אל-באב מאוניברסיטת מדע וטכנולוגיה של אוניברסיטת יפן במצרים, ועוזר פרופסור קייו היירוז וד"ר קאנג'י אונידה מבית החולים באוניברסיטת טוקיו ביפן. המחקר שלהם פורסם בכתב העת מערכות סייבורג וביוניות ב- 5 באוגוסט 2025.
עלי כותרת של ורדים הם בעלי התנהגות הרטבה ייחודית. כאשר הם נחשפים לכמויות קטנות של מים, הם הידרופיליים, ומאפשרים טיפות להדביק. אך כאשר כמות המים עולה על סף מסוים, המשטחים שלהם הופכים להידרופוביים, ומפעילים אפקט לניקוי עצמי הדוחה את כל המים. על ידי לימוד המיקרו-טקסטורה של עלי כותרת של ורדים, הצוות מצא כי עלי כותרת פנימיים כוללים מיקרו-קמטים עדינים, ואילו עלי כותרת החיצוניים היו איים מצולעיים מוקפים בקמטים ובליטות דמויי ספייק במרכז.
בעזרת תבניות משני סוגי עלי הכותרת, הצוות יצר שני ISMs מבוססי פוליוויניל כלוריד (PVC) שכבו על מצעי CNT-Forest: חיישן A משכפל את המיקרו-טקסטורה של עלי הכותרת הפנימיים, וחיישן B חיפש את עלי הכותרת החיצוניים. שני החיישנים הדגימו שיפור משמעותית בשמירת המים בתנאים סטטיים בהשוואה ל- ISMs קונבנציונליים. ראוי לציין כי חיישן A הראה את שמירת המים הגבוהה ביותר, מה שהופך אותו למתאים לניטור זיעה במהלך התנועה. בנוסף, שני החיישנים הדגימו את ההשפעה לניקוי עצמי כאשר הם נחשפים לרמות מים גבוהות והראו פעילות אלקטרוכימית משופרת.
כדי להפגין את הפוטנציאל שלהם, החוקרים מודפסים על מכשירי ניטור לזיעה לביש תלת מימד באמצעות חיישנים אלה. מכשירים אלה השתמשו במיקרו-ערוצים כדי לשאת זיעה לחיישנים, עם פער של 2 מילימטר כדי למנוע מגע בעור– הפחתת גירוי בעור ושיפור נוחות המשתמשו בבדיקות ריצה, המכשירים פיקחו במדויק את ריכוזי הנתרן בזיעה, מה שמצביע על אובדן אלקטרוליטים. הודות לתכונה הניקוי העצמי, החיישנים הדגימו גם מנגנון מחזור זיעה, שבו בתקופות של ייצור דל-נוי, החיישנים שמרו נוזלים בתוך התעלות, וברגע שרמות הזיעה עלו מעל גבול, הם עוררו את התהליך הניקוי העצמי. מנגנון זה מבטיח יציבות איתות ומונע היווצרות של בועות העלולות לגרום לדוקרני אות פתאומיים.
"החיישנים שלנו מציעים שיטה מעשית לניטור זיעה. הם אינם דורשים מגע ישיר עם העור, ניתן לנקות אותם ולנעשה זאת בשימוש חוזר ומתאימים למכשירים לבישים כמו שעונים חכמים,"מדגיש מרקס. "חיישנים אלה יכולים להיות משולבים גם בגפיים תותבות ושלדיות גזע, ומודיעים על מערכות משוב חכמות למניעת מאמץ יתר."
חיישנים בהשראת ורד-קטל חדשניים מציגים צעד מבטיח לקראת פיתוח מערכות ניטור זיעה נוחות, עמידות ומדויקות לבישות.
