التحديات التي تواجه مصانع التعدين في الأجهزة الصحية القابلة للزراعة

وقد أصبحت الأجهزة الصحية القابلة للزراعة حجر الزاوية في الرعاية الصحية الحديثة، مما يتيح الرصد المستمر للعلامات الحيوية مثل معدل القلب، وضغط الدم، ودرجات حرارة الجسم، ومستويات البهجة، ويمكِّن المستعملين من تحمل رفاههم، ويوفر لهم بيانات ثرية ومناسبة للرعاية الوقائية، وإدارة الأمراض المزمنة، ويكمن قلب كل جهاز صحي قابل للارتداء في مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تستخدم في تحويل الظواهر الطبيعية )الضغط الميكانيكي(

التحديات التقنية الأساسية في مجال التعدين

الحفاظ على الحساسية والآكورية في مصاعد شريننغ

ونظراً لأن المتحولين أقل، فإن قدرتهم على كشف الإشارات الفيزيائية الضعيفة كثيراً ما تتحلل، كما أن الفيزياء الأساسية للتحولات تستلزم وجود عدد أكبر من أنواع أجهزة الاستشعار التي تستخدم في التسارع، أو القدرة على التقاط الصور، أو عدم وجود أي تغيير في الشكل، أو عدم وجود أي تغيير في الشكل، أو عدم وجود أي تغيير في الشكل، أو عدم تطبيقات الأشعة، أو عدم وجود أي تغيير في الصورة، مما يؤدي إلى زيادة في الضغط.

استهلاك السلطة وضبط البطاريات

فالأجهزة القابلة للزراعة مقيدة بشدة من خلال القدرة على البطاريات، إذ أن مجموعة من أجهزة المراقبة الذكية أو اللياقة توفر حياة بطارية تتراوح بين أسبوع واحد وأسبوعين على أفضل وجه، ويمكن أن يؤدي استخدام أجهزة الاستشعار الثقيل إلى استنزافها في ساعات، وكثيرا ما يتطلب المتحولون المصابون بالتحيز المستمر أو التضحية الدورية، ويحتفظ كل مجهري ثمين ثمين، علاوة على ذلك، فإن الأجهزة الالكترونية الجاهزة اللاسلكية، والتجهيزات التي تستخدم في أجهزة الاستشعارات، يمكن أن تحجب.

التصنيع

كما أن إنتاج المواد المتطورة على نطاق الميكرومتر والنانومترات يتطلب تقنيات متقدمة للتسعير مقترضة من صناعة شبه الموصلات، كما أن التصويب، والاختراق الارتفاعي، والاختلالات الشديدة الارتداد، والاختلالات التي تُستخدم في تصميمات المقاييس، والاختلاط الميكانيكية، والاختراقات التي تُعد أقل من المقاييس.

نسبة الإشارة إلى الأرقام والتداخل المغناطيسي

وتنتج المتحولات الصغيرة إشارات ضعيفة يجب نقلها على مسافة قصيرة إلى وحدة التجهيز، وهذه الإشارات عرضة للتدخل الكهرومغناطيسي من عناصر أخرى في الطول مثل سائق العرض، أو جهاز لاسلكية بلوتون، أو لشحن السلاسل، ويصبح السائل قابلاً للتحدي على نطاقات دقيقة لأن أجهزة الكشف عن الغازات تزيد من وزنها ووزنها.

القيود على المواد والتوافق البيولوجي

كما أن الأجهزة الصحية القابلة للتأثر هي في اتصال مباشر مع الجلد البشري لفترات طويلة، وأحياناً 24/7، وهذا يتطلب مواد لا تكون مستقرة كيميائياً ولا تهيج فحسب، بل تكون متوافقة ميكانيكياً أيضاً مع ما يلحقه من أضرار بالصدمات الكهربائية أو الجلدية، وكثيراً ما تعتمد أجهزة التلقيح المصغرة على النسيج أو أكسيد المعادن التي تتراكم في المواد الخزفية.

هاء - نُهج المواد والتصميم الناشئة

وزارة الخارجية المتقدمة وبوليمرات بيزويليكتري

وتمثلت تكنولوجيا الميكانيكيات الدقيقة في مجموعة مواد التتبع ذات الحساسية العالية التي تستخدمها أجهزة التتبع ذات الصبغة المتوسطة في أجهزة التبريد ذات المقياس العالي، وهي مواد ذات طابع متعدد الكلور ومرونة في الحساسية العالية، وهي مواد ذات طابع متعدد الكلور ومرنة، توفر متغيرات ميكانيكية عالية الحساسية في المقاييس الأشعة فوق المغناطيسية مقارنة بالشبكة التقليدية، مما يتيح استخدام أجهزة الأشعة فوق البنفسجية المميترية.

نانوير واثنين من أجهزة الاستشعار

كما أن النانويات التي تُصنع من السيليكون أو أكسيد الزنك أو نيتريد القمار توفر نسبة عالية جداً من المواد السطحية إلى الحجم، مما يجعلها أكثر حساسية من التغيرات في بيئتها الكيميائية أو المادية، ويمكن أن تُشكل أجهزة قياس الأشعة المحتوية على أجهزة الصمامات المحتوية على أجهزة الاستشعار المتحركة ذات الترددات العالية، كما أن هذه المواد التي تُنقل في إطارها أجهزة الاستشعار الرأسي والتي تستخدم في أجهزة الاستشعار الأشعة تحت الجلدية.

الإلكترونيات المرنة والمواد الفرعية الثابتة

ومن أجل جعل الأجهزة القابلة للارتداء مريحة حقاً، فإن نظام الاستشعار بأكمله - بما في ذلك المتحول، والوصلات البينية - يمكن أن يكون قادراً على التمدد والربط مع الجلد - مما أدى إلى تطوير تكنولوجيات كهربائية قابلة للتمديد باستخدام آثار المعادن المتكررة، وخطوط المعادن السائلة (مثلاً، وأشعة غالويوم الرحمية، وأجهزة الأشعة السيلين مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور).

إدارة الطاقة وإيجاد حلول لتقاسم الطاقة

عملية تصميم الدوائر ذات النقاط المنخفضة وعملية فولتاج اليورانيوم

ولتوفير وظائف البطاريات، يقوم المهندسون بتصميم مترجمين يعملون في مجموعات الإمدادات من الباطن إلى V وسحب التيارات في نطاق النانومبي، ويتطلب ذلك تحقيق أفضل من ظروف التحيُّز المستشعرة والهيكل القراء، كما أن التقنيات من قبيل تشغيل أجهزة نقل لاسلكية صغيرة لتقليل أجهزة التدوير، مما يؤدي إلى إحداث تغيير في أجهزة الاستشعار عن بعد باستخدام أجهزة الاستشعار عن بعد.

Thermoelectric and Piezoelectric Energy Harvesters

كما أن جني الطاقة من الجسم نفسه، أو الحركة، أو ردود الفعل الكيميائية البيولوجية، يمكن أن يولد مساراً نحو الطاقة الذاتية أو المحتوية على بطارية، أو أن تكون المولدات الكهربائية ذات القدرة المنخفضة، أو التي تستخدم محركات الطاقة ذات القدرة المنخفضة، أو التي تستخدم في مقياس الحرارة، أو التي تُستخدم في عمليات المحصول الحراري، أو التي تُستخدم في إطارها أجهزة محصول الطاقة الكهربائية ذات الترددات الحرارية، أو التي تستخدم فيها أجهزة محصولات ذات الطاقة الحرارية ذات الطاقة الحرارية، أو ذات الطاقة الحرارية، أو التي تستخدم فيها، أو التي تستخدم فيها، أو تعمل في شكلها، أو تُها، أو تُها، أو تُها، أو تُها، أو تُتُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُتُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو تُستخدم فيها، أو ت

نقل الطاقة اللاسلكية

أما بالنسبة للأجهزة القابلة للارتداء التي لا يمكن أن تستوعب بطارية على الإطلاق، فإن نقل الطاقة اللاسلكية القريبة من الحقول باستخدام التقلبات الخصبية هو حل ثابت، غير أن السائل المتلقي يمكن أن يقلل إلى أدنى حد من ذلك، كما أن كفاءة استخدامه في عمليات نقل الطاقة الكهربائية يمكن أن تكون شديدة التناقص.

Manufacturing Innovations for Scalability

الصنع الدقيق

ويستلزم الانتقال من النماذج المختبرية إلى أجهزة التبريد ذات الإنتاج المصغر، عمليات تصنيع تجمع بين الدقة والنباتات، بينما يعتمد النسيج التقليدي للأجهزة المتعددة المؤشرات على تجهيز البكترونات السائلة، وطرائق التصنيع المضاف إليها، مثل طباعة الطائرات المزودة بالجرعات، وتعدد الفوسمين (2P1) - على الحد الأدنى من التجهيز المباشر للهياكل المحتوية على خلايا غير الميكانيكية.

تعبئة ودمج متجانسين

To protect sensitive micro structures and ensure reliable performance, miniaturized transducers require hermeticpack at the wafer. Wafer-level packaging (WLP) uses anodically bonded glass or silicon caps to create a sealed cavity over the fragile MEMS element, often with lead[through vias for electrical connections. Thispackaging method is compatible with standard CMOS foundry processeshan

التوقعات المستقبلية وتأثيرها على الرعاية الصحية

ومن شأن التغلب على التحديات التقنية للتقليل إلى أدنى حد أن يكشف جيل جديد من الأجهزة الصحية القابلة للارتداء، التي لا تزال غير مرئية للمستعمل، مع الرصد المستمر لمجموعة غنية من البارامترات الفيزيائية، ويمكن أن نتوقع أن تؤدي هذه المواد إلى قياس ضغط الدم، والجليوز، وتدني درجة الحساسية، وأجهزة الاتصال الذكية التي ترصد الضغط الداخلي؛ وأجهزة الكشف عن البطاقات النبيلة التي تعمل على الجلد

For further reading on recent advances, see a comprehensive survey in Nature Electronics] on flexible sensors (]link) and an industry white paper on MEMS manufacturing from the Bosch Sensor Platform ()PDF).