Sıçanlarda dokunsal nöroprotez uygulaması için polimer tabanlı gerinim-ölçer dizisi tasarımı ve mikrofabrikasyonu

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.