Voor sommige zuigelingen een natte luier is reden voor een moment, luide vraag om te veranderen, terwijl andere baby's misschien onaangedaan zijn en blij zijn om de vochtige lading voor langere tijd zonder klachten rond te slepen. Maar als het te lang wordt gedragen, een natte luier kan pijnlijke huiduitslag veroorzaken, en ellendige baby's - en ouders.

Nu hebben MIT-onderzoekers een "slimme" luier ontwikkeld met een vochtsensor die een verzorger kan waarschuwen wanneer een luier nat is. Wanneer de sensor vocht in de luier detecteert, het stuurt een signaal naar een nabijgelegen ontvanger, die op zijn beurt een melding naar een smartphone of computer kan sturen.

De sensor bestaat uit een passieve radiofrequentie-identificatie (RFID) tag, dat is geplaatst onder een laag superabsorberend polymeer, een type hydrogel dat meestal in luiers wordt gebruikt om vocht op te nemen. Als de hydrogel nat is, het materiaal zet uit en wordt licht geleidend - genoeg om de RFID-tag te activeren om een ​​radiosignaal naar een RFID-lezer tot op 1 meter afstand te sturen.

De onderzoekers zeggen dat het ontwerp de eerste demonstratie is van hydrogel als een functioneel antenne-element voor vochtdetectie in luiers met behulp van RFID. Ze schatten dat de sensor minder dan 2 cent kost om te produceren, waardoor het een goedkope, wegwerp alternatief voor andere slimme luiertechnologie.

Overuren, slimme luiers kunnen helpen bij het registreren en identificeren van bepaalde gezondheidsproblemen, zoals tekenen van constipatie of incontinentie. De nieuwe sensor kan vooral handig zijn voor verpleegkundigen die op neonatale afdelingen werken en voor meerdere baby's tegelijk zorgen.

Pankhuri Sen, een onderzoeksassistent in het AutoID-laboratorium van MIT, voorziet dat de sensor ook kan worden geïntegreerd in luiers voor volwassenen, voor patiënten die zich misschien niet bewust zijn of te beschaamd zijn om zelf te melden dat een verandering nodig is.

"Luiers worden niet alleen voor baby's gebruikt, maar voor de vergrijzende bevolking of patiënten die bedlegerig zijn en niet voor zichzelf kunnen zorgen, ", zegt Sen. "In deze gevallen zou het handig zijn als een zorgverlener op de hoogte wordt gesteld dat een patiënt, vooral in een ziekenhuis met meerdere bedden, moet veranderen."

"Dit kan huiduitslag en sommige infecties zoals urineweginfecties, in zowel de vergrijzende als de zuigelingenpopulatie, " voegt medewerker Sai Nithin R. Kantareddy toe, een afgestudeerde student in MIT's Department of Mechanical Engineering.

Sen, Kantareddy, en hun collega's van het MIT, waaronder Rahul Bhattacharryya en Sanjay Sarma, samen met Joshua Siegel aan de Michigan State University, hebben hun resultaten vandaag gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Sensors. Sarma is MIT's vice-president voor open leren en de Fred Fort Flowers en Daniel Fort Flowers hoogleraar Werktuigbouwkunde.

Stickerzin

Veel kant-en-klare luiers bevatten vochtindicatoren in de vorm van strips, bedrukt langs de buitenkant van een luier, die van kleur veranderen als ze nat zijn - een ontwerp waarbij meestal meerdere lagen kleding moeten worden verwijderd om de eigenlijke luier te kunnen zien.

Bedrijven die slimme luiertechnologie onderzoeken, overwegen nattigheidssensoren die draadloos of Bluetooth-compatibel zijn, met apparaten die aan de buitenkant van een luier worden bevestigd, samen met omvangrijke batterijen om langeafstandsverbindingen met internet van stroom te voorzien. Deze sensoren zijn ontworpen om herbruikbaar te zijn, waarbij een verzorger de sensor moet verwijderen en reinigen voordat deze aan elke nieuwe luier wordt bevestigd. Huidige sensoren worden onderzocht voor slimme luiers, Sen schattingen, verkoop voor meer dan $ 40.

RFID-tags daarentegen zijn goedkoop en wegwerpbaar, en kan worden bedrukt in rollen met individuele stickers, vergelijkbaar met streepjescodetags. MIT's AutoID-laboratorium, opgericht door Sarma, heeft een voortrekkersrol gespeeld bij de ontwikkeling van RFID-tags, met als doel ze te gebruiken om onze fysieke wereld met internet te verbinden.

Een typische RFID-tag heeft twee elementen:een antenne voor het terugverstrooien van radiofrequentiesignalen, en een RFID-chip die de informatie van de tag opslaat, zoals het specifieke product waarop de tag is aangebracht. RFID-tags hebben geen batterijen nodig; ze ontvangen energie in de vorm van radiogolven die worden uitgezonden door een RFID-lezer. Wanneer een RFID-tag deze energie oppikt, zijn antenne activeert de RFID-chip, die de radiogolven aanpast en een signaal terugstuurt naar de lezer, met zijn informatie gecodeerd in de golven. Dit is hoe, bijvoorbeeld, producten die zijn gelabeld met RFID-tags kunnen worden geïdentificeerd en gevolgd.

Sarma's groep heeft ervoor gezorgd dat RFID-tags niet alleen als draadloze trackers werken, maar ook als sensoren. Meest recent, als onderdeel van het Industrial Liason-programma van MIT, het team ging een samenwerking aan met Softys, een luierfabrikant gevestigd in Zuid-Amerika, om te zien hoe RFID-tags zo goedkoop kunnen worden geconfigureerd, wegwerpvochtdetectoren in luiers. De onderzoekers bezochten een van de fabrieken van het bedrijf om een ​​idee te krijgen van de machines en assemblage die betrokken zijn bij de productie van luiers, kwam toen terug naar MIT om een ​​RFID-sensor te ontwerpen die redelijkerwijs zou kunnen worden geïntegreerd in het fabricageproces van luiers.

Label, jij bent het

Het ontwerp dat ze bedachten, kan worden verwerkt in de onderste laag van een typische luier. De sensor zelf lijkt op een vlinderdas, waarvan het midden bestaat uit een typische RFID-chip die de twee driehoeken van de vlinderdas verbindt, elk gemaakt van het superabsorberende hydrogel-polymeer, of SAP.

Normaal gesproken, SAP is een isolatiemateriaal, wat betekent dat het geen stroom geleidt. Maar als de hydrogel nat wordt, de onderzoekers ontdekten dat de materiaaleigenschappen veranderen en de hydrogel geleidend wordt. De geleidbaarheid is erg zwak, maar het is genoeg om te reageren op radiosignalen in de omgeving, zoals die uitgezonden door een RFID-lezer. Deze interactie genereert een kleine stroom die de sensorchip inschakelt, die dan fungeert als een typische RFID-tag, het radiosignaal aanpassen en terugsturen naar de lezer met informatie - in dit geval dat de luier nat is.

De onderzoekers ontdekten dat door een kleine hoeveelheid koper aan de sensor toe te voegen, ze kunnen de geleidbaarheid van de sensor verhogen en daarmee het bereik waarop de tag kan communiceren met een lezer, meer dan 1 meter afstand bereiken.

Om de prestaties van de sensor te testen, ze plaatsten een label in de onderste lagen van luiers voor pasgeborenen en wikkelden elke luier om een ​​levensgrote babypop, die ze vulden met zout water waarvan de geleidende eigenschappen vergelijkbaar waren met menselijke lichaamsvloeistoffen. Ze plaatsten de poppen op verschillende afstanden van een RFID-lezer, op verschillende oriëntaties, zoals plat liggen versus rechtop zitten. Ze ontdekten dat de specifieke sensor die ze hadden ontworpen om in luiers van pasgeborenen te passen, in staat was om te activeren en te communiceren met een lezer tot op 1 meter afstand wanneer de luier helemaal nat was.

Sen stelt zich voor dat een met internet verbonden RFID-lezer in de babykamer kan worden geplaatst om natte luiers te detecteren, op dat moment kan het een melding naar de telefoon of computer van een verzorger sturen dat er een wijziging nodig is. Voor geriatrische patiënten die ook baat kunnen hebben bij slimme luiers, ze zegt dat kleine RFID-lezers zelfs aan hulpmiddelen kunnen worden bevestigd, zoals wandelstokken en rolstoelen om de signalen van een tag op te vangen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.