Современная электроника №1/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 1 / 2024 9 км / ч ( программируемая настройка тренажёра ) в течение 30 мин . Данные с помощью биодатчиков считывались постоянно , а фиксировались регулярно с периодом в несколько минут с помо - щью беспроводного интерфейса BLE, обеспечивающего коммуникацию с ПК . Кроме того , образцы потоотделения периодически собирали со лба испыту - емых и пипеткой помещали в пробир - ки для центрифугирования при 6000 об / мин в течение 15 минут . Затем образ - цы пота замораживали при температуре –20°C для дальнейшего тестирования . Факторы эксплуатации : стабильность и долговременность Долговечность датчика на основе M-PDMS, W-PDMS и ПТФЭ провере - на после 20 000 циклов испытаний . Так , ПТФЭ демонстрирует высокую механическую прочность без цара - пин , в то время как известные ранее разработки M-PDMS и W-PDMS име - ли заметные повреждения поверхно - сти при тех же равных условиях среды испытаний . Реакция FTENG стабильна после 1000 циклов изгиба ( радиус кри - визны 5 см ) и при различных физио - логических температурах . Более того , FTENG сохраняет высокую производи - тельность после 100 циклов стирки , что указывает на превосходные возможно - сти ношения по сравнению с обычны - ми TENG (M-PDMS и W-PDMS). Дело в том , что TENG, обычно изготавливае - мые на тканевой основе в сочетании с полимерным покрытием , относитель - но дешевы , но ограничены низким « разрешением » и серийностью . FTENG на основе FPCB предлагает экономич - ное и механически надёжное решение для сбора энергии с высоким разреше - нием . Поэтому условно новая техно - логия биосенсоров FTENG на осно - ве FPCB обеспечивает экономичное и механически более надёжное решение . При разработке и совершенствовании устройств с питанием FTENG, разуме - ется , важно учитывать стоимость , свой - ства материалов , механические свой - ства и условную мощность . Перспективы совершенствования датчика пота Параллельное подключение несколь - ких FTENG может быть практичной стратегией для увеличения выходной пополняемой энергии автономного источника питания . Вполне возмож - но применять не одиночные датчики , а массивы двойных и тройных биосен - соров ( эксперименты ведутся на уров - не 6 биосенсоров ), используемых для анализа пота на основе ионоселектив - ных электродов ( ИСЭ ). Электрод Ag/ AgCl покрыт поливинилбутиралем ( ПВБ ) для поддержания потенциала в системе потенциометрических измере - ний составляющих , выделяемых желе - зами . Датчики , реагирующие на pH и Na+, тем и интересны , что демонстри - руют высокую чувствительность , соот - ветственно 56,28 и 58,63 мВ при уровнях нормы pH ( от 4 до 8) и Na+ концентра - ции ( от 12,5 до 200 мМ ); по тем же при - чинам устройства с такими датчиками обладают селективностью . Отклики датчиков зафиксированы стабильными при различных физиологических тем - пературах ; всё сказанное делает их под - ходящими для непрерывного монито - ринга с помощью носимых устройств . Обычные физические упражнения , такие как бег , гребля , элементы лег - кой атлетики и занятия на соответству - ющих тренажёрах , вызывают скользя - щее движение между частью туловища и внутренней стороной руки . Бег на беговой дорожке был выбран в каче - стве упражнения для проведения экс - периментов по проверке всей системы на теле . Кривая зарядки и разрядки накопительного конденсатора FPCB в продолжении 60- минутного сеанса с постоянной скоростью показывает , что может быть достигнуто до 18 рабо - чих циклов . Продолжительность цикла зарядки / разрядки колеблется от 2,1 до 3,7 мин . Биодатчик накапливает элек - троэнергию , когда статор и ползунок физически трутся друг о друга посред - ством механического сокращения ( дви - жения ) кожного покрова человека , а также при потоотделении . Несмо - тря на колебания продолжительно - сти циклов заряда / разряда конденсато - ров , вызванные различной площадью трения , силами и частотами , система FWS3 показала себя стабильной при обычных физических нагрузках . Нако - пительный потенциал конденсатора , заряжаемого FTENG, в реальном вре - мени и среднее время зарядки для каждой передачи пакета , когда испы - туемый бежит на беговой дорожке в течение 1 часа с постоянной скоростью 9 км / ч , представлен на рис . 11. Когда потенциал превышает значе - ние 2,3 В , конденсатор разряжается из - за передачи данных BLE. Эти дан - ные демонстрируют потенциал носи - мого автономного устройства с биодат - чиком для непрерывного мониторинга различных физиологических биомар - керов пота во время тренировки . Характеристика FTENG Для выходных характеристик FTENG использован цифровой осциллограф (Agilent DSO-X 2014A), напряжение холостого хода контролировали с помо - щью пробника с пределом измерений 100 МОм . Ток короткого замыкания усиливался малошумящим усилителем тока SR570 от Stanford Research Systems. Программное обеспечение COMSOL использовалось для моделирования и проверки электростатической сти - муляции . При испытании на долго - вечность максимальный зазор между PDMS и трибоэлектрическим матери - алом – медью зафиксирован на уровне 3 мм при рабочей частоте воздействия 2 Гц . Микроскопическое изображение встречно - штыревого электрода стато - ра характеризовали с помощью опти - ческого микроскопа (Carl Zeiss AXIO). СЭМ - изображения ПТФЭ , M-PDMS и W-PDMS были получены с помощью СЭМ с автоэлектронной эмиссией (FEI Quanta 600F) – рабочей станцией (CHI 860, CH Instruments) для электрохими - ческого осаждения и характеристики сенсора . Иллюстрация процесса изго - товления пластыря микрожидкостного датчика с массивом электродов пред - ставлена на рис . 12. После предварительной обработки ПЭТ - подложки использовали испа - рение с помощью электронного луча с результатом формирования золо - тых электродов диаметром 3 мм после осаждения металлов на ПЭТ . Сначала к ПЭТ - сенсору прикрепляли слой водоне - проницаемой двусторонней медицин - ской ленты с камерами диаметром 3 мм . Затем на медицинскую ленту наклеи - Рис . 11. Накопительный потенциал конденсатора , заряжаемого FTENG, в реальном времени Время зарядки ( мин ) Степень зарядки (%)