Hingamine, kui inimese terviseseire üks olulisi tunnuseid, sisaldab palju füsioloogilist teavet inimese tervise ja võimalike haiguste kohta. Hingamise reaalajas jälgimine võib märgata võimalikke haigusriske ja isegi päästa elusid. Pidades silmas enamiku hingamisteede seireseadmete puudusi, nagu keerulised ja mahukad, mis ei sobi kaasaskantavaks ja reaalajas jälgimiseks, on väga oluline välja töötada isel töötav ja kantav reaalajas hingamisteede jälgimissüsteem.

Hiina Teaduste Akadeemia Pekingi nanoenergeetika ja süsteemide instituudis töötati välja omatoitega nutikas kantav reaalajas hingamisteede jälgimissüsteem, mis põhineb isetoitel töötaval spiraalkiu pingeanduril (HFSS). Süsteem võib mõõta mõningaid peamisi hingamisparameetreid haiguste ennetamiseks ja meditsiiniliseks diagnoosimiseks. Nutikas alarm võib vastavalt inimese hingamiskäitumise muutustele automaatselt helistada eelseadistatud mobiiltelefonile.

Teadlased valivad elektroodiks kaubandusliku hõbetatud polüamiidkiu, triboelektriliseks materjaliks polütetrafluoroetüleenkiudu (PTFE) ja polüamiidkiudu, kasutades kiudkattega südamik-kesta meetodit, et varjata hõbetatud polüamiidkiud, kootud PTFE kiud ja polüamiidkiudmähised hõbetatud polüamiidkiud. kiudude mähiste vaheldumisi kiu alusmaterjalile saab venitada, PTFE-kiudu või polüamiidkiudu kasutada kestana, hõbedaga kaetud kiudu südamikukihina. Kestkiud on keritud ümber südamikukiu ja need kaks on omavahel põimunud. Kahe triboelektrilise kihi (PTFE ja nailon) saab teostada anduri pingevabastusliigutusega. Tõmbeprotsessi ajal pikeneb spiraal pikisuunas ning külgnev nailon ja PTFE eralduvad, kuni saavutatakse maksimaalne tõmbepinge.

Anduri tööpõhimõte põhineb kahe triboelektrilise materjali (PTFE ja nailon) sidestuskontaktide elektrifitseerimisel ja elektrostaatilisel induktsioonil. PTFE ja nailoni vastupidise triboelektrilise polaarsuse tõttu indutseerivad nende pinnad samaväärseid positiivseid ja negatiivseid triboelektrilisi laenguid. Kui andur on välisjõu mõjul venitatud, hakkavad kontaktpinnad eralduma, tekitades kahe pinna vahel potentsiaalse erinevuse, mis juhib vabu elektrone. Uurides tõmbe deformatsiooni mõju anduri elektrilisele väljundile, leiti, et tõmbepinge suurenemisega suurenevad nii avatud vooluahela pinge, lühisevool kui ka lühise laengu ülekanne. Kui tõmbepinge on 1%, on anduril endiselt stabiilne pinge väljund 0.5 V, mis on deformatsiooni suhtes väga tundlik.

Teadlased integreerisid omatoitega pingeanduri rindkere vöösse ja kinnitasid selle rindkere alla, et jälgida hingamist. Kui rindkere laieneb või kokku tõmbub, laienevad ja tõmbuvad andurid regulaarselt kokku. Nende elektriliste signaalide arvutamise ja töötlemise kaudu on võimalik saada inimese hingamissagedust, sunnitud elutähtsust, väljahingamise tippvoolu ja muid näitajaid. Lisaks on teadlased välja töötanud nutika kantava reaalajas hingamisteede jälgimissüsteemi, mis sisaldab nutikat spiromeetrit ja isetoitega nutikat alarmi. Nutikas spiromeeter suudab mõõta õhuvoolu ühe väljahingamise kohta ja diagnoosida esialgu hingamisteede haigusi. Nutikas äratus helistab automaatselt eelseadistatud telefonile abi saamiseks, kui subjekt lakkab hingamast rohkem kui 6 sekundiks.

Uurimistöö pakub tõhusat spiraalset struktuuri hõõrdumise nanogeneraatoritel põhinevate ülitundlike pingeandurite tootmiseks ja arendab kantavat isetoitega reaalajas hingamisteede jälgimissüsteemi, mis näitab suurt potentsiaali isikliku hingamisteede tervise jälgimise ja nutika kantava meditsiinielektroonika vallas. "Helical Fiber Strein Sensors Based on Triboelectric Nanogenerators for self-powered Human Respiratory System Monitoring avaldati ACS Nanos.