Design and microfabrication of a strain-gauge array on polymer substrate for tactile neuroprosthesis in rats
Sıçanlarda dokunsal nöroprotez uygulaması için polimer tabanlı gerinim-ölçer dizisi tasarımı ve mikrofabrikasyonu
- Tez No: 433915
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ŞENOL MUTLU, DOÇ. DR. BURAK GÜÇLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada sıçanlarda dokunma duyusu nöroprotezi için kullanılabilecek bir sensör sisteminin tasarımı, mikrofabrikasyonunu ve testleri yer almaktadır. Sensör sistemi her hücrede dört adet seri bağlı gerinim-ölçer bulunan 2×7 hücreli bir diziden oluşmaktadır. Tüm dörtlü gerinim-ölçer grupları, 2.5×2.5 mm2 boyutlarındaki kare membranın etrafına yerleştirilmiştir. En yaygın olarak kullanılan silisyum tabanlı dokunsal sensörlerin aksine, taban olarak üç boyutlu yazdırılmış polilaktik asit (PLA) kullanılmıştır. PLA kırılgan olmadığı için ve bölgesel hasarları tolere ederek bütün sensörün bozulmasını engellediği için uygun bulunmuştur. Gerinin-ölçerler, 0.125 mm kalınlığındaki poliimid filmin üzerine 50 nm kalınlığında alüminyum (Al) filmin kaplanması ve şekillendirilmesi ile üretilmiştir. PI membranın üzerine polidimetilsiloksan (PDMS) elastomer yapıştırılmıştır. Sensörün statik yüklemelere cevabını incelemek için, PDMS katmanı 1.2 mm ve 1.7 mm olarak iki farklı kalınlıkta hazırlanmıştır. PDMS katmanının kalınlığına bağlı olarak duyarlılık ve hücrelerin merkezinde maksimum 0.9 mm deformasyona karşılık gelen en yüksek kabul edilebilir kuvvet beklendiği gibi değişmektedir. 1.2 mm kalınlığındaki PDMS için, sensör hücreleri 200 mΩ/N (0.7 Ω/mm) ortalama duyarlılıkla, 3 N'a kadar doğrusal olarak çalışmıştır. Bu değerler 1.7 mm kalınlığındaki PDMS için, 70 mΩ/N (0.3 Ω/mm) ve 4 N olarak bulunmuştur. Doğrusallıktan sapma %3'ten daha az ölçülmüştür. Hücrelerin arasındaki etkileşim ortalama duyarlılıkla karşılaştırıldığında düşüktür (~ 5 mΩ/N ve 0.02 Ω/mm). Ayrıca sensörün dinamik cevabı daha önce psikofizik deneyleri için tasarlanmış bir titreşimsel mekanik stimülasyon sistemi kullanılarak değişik frekanslarda ölçülmüştür. Son olarak dokunma duyusu nöroprotezlerinde kullanılan işaret işleme yöntemlerini göstermek amacıyla sensör sistemi sıçan şartlandırma kabininde de test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this work design, microfabrication and characterization of a strain gauge array which can be used for sensory neuroprostheses in rats is presented. The array is composed of an array of 2×7 cells, each of which has a series combination of 4 strain gauges. Each group of four strain gauges is placed around a square membrane with the size of 2.5×2.5 mm2. Unlike most common tactile sensors based on silicon substrate, we used 3D-printed polylactic acid (PLA) as a substrate. Strain gauges were fabricated by depositing and patterning a thin aluminum (Al) film on a polyimide sheet with a thickness of 0.125 mm. Polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer was bonded on the top surface of the polyimide membrane. PDMS layer is prepared in two different thicknesses for the sake of a comparative investigation into influence of the thickness of the elastomer membrane in static response of the sensor. The maximum allowable force corresponding to a maximum deformation of 0.9 mm of the center of each cell in two sensors differs according to the thickness of PDMS layer. The average force that each sensor cell operates linearly is 3N with an average resistance variation of 200 mΩ/N (for the sensor with 1.2-mm thick PDMS) and 4 N with an average resistance variation between 70 mΩ/N (for the sensor with 1.5-mm thick PDMS), and a nonlinearity of less than 3%. The cells have comparatively low average cross-talk around 5 mΩ/N. The static response of the cells was calibrated by using a micromanipulator and a digital balance and dynamic response of the individual cells of the sensor was characterized at several frequencies by using a vibrotactile stimulation system and a high gain amplifier. Then the sensor was tested inside the conditioning chamber to demonstrate the reliability of the sensor response for both static and dynamic stimulations.
Benzer Tezler
- Fiber optic based force sensor design for prostate biopsy procedure under MRI
MRG altında prostat biyopsi prosedürü için fiber optik tabanlı kuvvet sensörü tasarımı
NURETTİN OKAN ÜLGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
BiyoteknolojiBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR KOCATÜRK
- Design and characterization of a micro mechanical test device
Mikro mekanik test cihazının dizaynı ve karakterizasyonu
ELİF ALTINTEPE
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN AKAY
- Mikro esnek yükselticinin tasarımı, üretimi ve optimizasyonu
The design, manufacturing and optimization of micro compliant amplifier
ERGİN KOSA
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT TRABZON
YRD. DOÇ. DR. ÜMİT SÖNMEZ
- Modeling and simulation of PDMS micropillars for microfluidic viscometer applications
Mikroakışkan viskozimetre uygulamaları için PDMS mikropillar modellenmesi ve simülasyonu
AYŞENUR ESER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM YALÇIN