Onderzoekers van het Shibaura Institute of Technology hebben een nieuw parametrisch ontwerpraamwerk ontwikkeld waarmee platte vellen papier kunnen worden getransformeerd in zelfvouwende helische wearable sensoren. Door gebruik te maken van specifieke printpatronen via een inkjetprinter en het integreren van koperen tape-elektroden, ontstaan structuren die zich automatisch aanpassen aan de vorm van lichaamsdelen zoals vingers en armen zonder dat er lijm of bevestigingsbanden nodig zijn.
Het systeem maakt gebruik van twee softwaretools: één voor het visualiseren van de 3D-structuur en één voor het genereren van op maat gemaakte patronen op basis van ingevoerde afmetingen. De resultaten tonen aan dat deze papieren sensoren, die onder andere de galvanische huidreactie (GSR) meten, presteren op een niveau dat vergelijkbaar is met conventionele wearables.
Deze innovatie biedt een goedkoop, duurzaam en milieuvriendelijk alternatief voor polymeren, wat vooral waardevol is voor wegwerpbare wearables in klinische omgevingen, thuiszorg en point-of-care monitoring.
Nieuw raamwerk voor op papier gebaseerde helische origami-wearable sensoren die zich aanpassen aan lichaamsvormen
Een nieuw parametrisch ontwerpraamwerk transformeert platte vellen papier in zelfvouwende helische sensoren die biosignalen kunnen meten zonder dat er gebruik gemaakt hoeft te worden van riemen of lijmstoffen.
Op papier gebaseerde sensoren bieden een goedkoper en duurzamer alternatief voor conventionele wearables op basis van polymeren, maar het ontwerpen van op maat gemaakte apparaten voor verschillende lichaamsvormen blijft een uitdaging. Onderzoekers hebben nu een platform voor papieren wearable sensoren ontwikkeld dat platte vellen papier omzet in zelfvouwende helische structuren die zich naar het lichaam vormen. Door koperen tape-elektroden te integreren, kunnen deze apparaten biosignalen meten met prestaties die vergelijkbaar zijn met conventionele sensoren met bevestigingsbanden. Deze aanpak maakt de goedkope productie van wegwerpbare wearables voor diverse sensortoepassingen mogelijk.
Ontwikkeling van zelfvouwende sensoren
Wearable sensoren, zoals polsbandjes, ringen en adhesieve pleisters, worden steeds gebruikelijker voor gezondheidsmonitoring, fitnesstracking en mens-machine-interactie. Terwijl de meeste wearable apparaten zijn gemaakt van flexibele polymeren of textiel, komen papiergebaseerde sensoren op als een goedkoper en duurzamer alternatief. Dergelijke sensoren kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals medische diagnostiek of het detecteren van verontreinigingen en gifstoffen, en kunnen na gebruik veilig worden weggegooid.
Een team onderzoekers, geleid door Associate Professor Hiroki Shigemune (College of Engineering, Shibaura Institute of Technology, Japan) en Yugo Takashima (Shibaura Institute of Technology, Japan), heeft een parametrische ontwerptool ontwikkeld die platte vellen papier transformeert in zelfvouwende, helische wearable sensoren. Deze nieuwe aanpak, waarbij koperen tape-elektroden worden geïntegreerd, zorgt ervoor dat sensoren zich automatisch aanpassen aan de gewenste afmetingen van een lichaamsdeel zonder straps of lijm.
Inspiratie en ontwerp
"We zijn geïnspireerd door de manier waarop klimplanten zich op natuurlijke wijze in een helische vorm om steunpunten wikkelen en zich aanpassen aan hun vorm," legt Dr. Shigemune uit. "Door dit concept te combineren met onze zelfvouwende papiertechnologie, hebben we een parametrische ontwerptool ontwikkeld die de gewenste afmetingen van een lichaamsdeel, zoals een vinger, pols of arm, omzet in een printbaar 2D-patroon om een op maat gemaakt zelfvouwend papieren wearable apparaat te genereren."
Fabricageproces en software
Het fabricageproces begint met het printen van zelfvouwende patronen op een plat vel papier met behulp van een standaard inkjetprinter. De geprinte patronen zorgen ervoor dat het papier automatisch buigt en vouwt langs vooraf gedefinieerde vouwlijnen. Door deze vouwlijnen in een hoek te plaatsen, vormen de individuele vouwen geleidelijk een 3D-helische structuur die zich naar het lichaam van de drager vormt, terwijl het flexibel genoeg blijft om beweging toe te staan.
De onderzoekers hebben twee softwaretools ontwikkeld om deze wearables te produceren:
- Tool 1: Genereert het printpatroon en geeft een voorbeeld van de uiteindelijke 3D-structuur.
- Tool 2: Creëert automatisch een op maat gemaakt printpatroon op basis van de gewenste afmetingen van de wearable.
Gebruikers voeren simpelweg de gewenste afmetingen in — zoals de diameter en lengte die nodig zijn voor een vinger of onderarm — waarna de software de papierafmetingen berekent en het bijbehorende printpatroon genereert.
Resultaten en toepassingen
Met deze methode zijn de onderzoekers succesvol wearable apparaten voor zowel vingers als onderarmen gaan fabriceren die nauw aansluiten bij de beoogde ontwerpen; de afmetingen weken minder dan 5% af van de doelwaarden.
De sensorkwaliteit werd aangetoond met een apparaat voor de vinger, waarmee tribo-elektrische signalen en de galvanische huidreactie (GSR) werden gemeten. De prestaties waren vergelijkbaar met die van conventionele wearable sensoren met bevestigingsbanden.
Toekomstperspectief
Deze bevindingen tonen aan dat papier, digitaal ontwerp en inkjetprinten kunnen worden gecombineerd om snel op maat gemaakte wearable sensoren on-demand te produceren. Door duurzame materialen te combineren met een eenvoudig, door software gestuurd ontwerpproces, kunnen goedkope, wegwerpbare wearable-elektronica's worden gerealiseerd.
Hoewel er verder onderzoek nodig is om het praktische gebruik te evalueren, benadrukken de resultaten het potentieel voor schaalbare en gepersonaliseerde wearable-elektronica.
"Onze 'software-to-print'-aanpak heeft een groot potentieel voor point-of-care of gedecentraliseerde kortetermijnmonitoring van fysiologische signalen, zoals de galvanische huidreactie," concludeert Dr. Shigemune. "Omdat de apparaten on-demand kunnen worden ontworpen om bij verschillende lichaamsdelen te passen, maakt deze aanpak de snelle, goedkope en milieuvriendelijke fabricage van eenmalige sensoren mogelijk voor klinische omgevingen, thuiszorg en veldwerk, alsook voor aanraaksensoren en mens-machine-interfaces."
***
Referenties en aanvullende informatie
Originele publicatie
- Titel: Design Software for Helical Origami Wearable Devices Fitting Body Shapes Utilizing Parametric Design
- Tijdschrift: Advanced Sensor Research (Volume 5, Issue 7)
- DOI: 10.1002/adsr.70182
- Publicatiedatum: Online beschikbaar op 25 juli 2026; gepubliceerd op 1 juli 2026.
Over Dr. Hiroki Shigemune
Dr. Hiroki Shigemune is Associate Professor aan het College of Engineering van het Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan. Hij behaalde zijn doctoraat in Mechanical Engineering aan de Waseda University in 2018 en heeft inmiddels meer dan 90 peer-reviewed publicaties op zijn naam staan. Zijn onderzoek richt zich voornamelijk op soft robotics, papiergebaseerde mechatronica en slimme materialen.
Financiering
Deze studie werd ondersteund door JSPS KAKENHI Grant Number JP22K14226 en JP24H00728.
Nieuw raamwerk voor op papier gebaseerde helische origami-wearable sensoren die zich aanpassen aan lichaamsvormen
Een nieuw parametrisch ontwerpraamwerk transformeert platte vellen papier in zelfvouwende helische sensoren die biosignalen kunnen meten zonder dat er gebruik gemaakt hoeft te worden van riemen of lijmstoffen.
Op papier gebaseerde sensoren bieden een goedkoper en duurzamer alternatief voor conventionele wearables op basis van polymeren, maar het ontwerpen van op maat gemaakte apparaten voor verschillende lichaamsvormen blijft een uitdaging. Onderzoekers hebben nu een platform voor papieren wearable sensoren ontwikkeld dat platte vellen papier omzet in zelfvouwende helische structuren die zich naar het lichaam vormen. Door koperen tape-elektroden te integreren, kunnen deze apparaten biosignalen meten met prestaties die vergelijkbaar zijn met conventionele sensoren met bevestigingsbanden. Deze aanpak maakt de goedkope productie van wegwerpbare wearables voor diverse sensortoepassingen mogelijk.
Ontwikkeling van zelfvouwende sensoren
Wearable sensoren, zoals polsbandjes, ringen en adhesieve pleisters, worden steeds gebruikelijker voor gezondheidsmonitoring, fitnesstracking en mens-machine-interactie. Terwijl de meeste wearable apparaten zijn gemaakt van flexibele polymeren of textiel, komen papiergebaseerde sensoren op als een goedkoper en duurzamer alternatief. Dergelijke sensoren kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals medische diagnostiek of het detecteren van verontreinigingen en gifstoffen, en kunnen na gebruik veilig worden weggegooid.
Een team onderzoekers, geleid door Associate Professor Hiroki Shigemune (College of Engineering, Shibaura Institute of Technology, Japan) en Yugo Takashima (Shibaura Institute of Technology, Japan), heeft een parametrische ontwerptool ontwikkeld die platte vellen papier transformeert in zelfvouwende, helische wearable sensoren. Deze nieuwe aanpak, waarbij koperen tape-elektroden worden geïntegreerd, zorgt ervoor dat sensoren zich automatisch aanpassen aan de gewenste afmetingen van een lichaamsdeel zonder straps of lijm.
Inspiratie en ontwerp
"We zijn geïnspireerd door de manier waarop klimplanten zich op natuurlijke wijze in een helische vorm om steunpunten wikkelen en zich aanpassen aan hun vorm," legt Dr. Shigemune uit. "Door dit concept te combineren met onze zelfvouwende papiertechnologie, hebben we een parametrische ontwerptool ontwikkeld die de gewenste afmetingen van een lichaamsdeel, zoals een vinger, pols of arm, omzet in een printbaar 2D-patroon om een op maat gemaakt zelfvouwend papieren wearable apparaat te genereren."
Fabricageproces en software
Het fabricageproces begint met het printen van zelfvouwende patronen op een plat vel papier met behulp van een standaard inkjetprinter. De geprinte patronen zorgen ervoor dat het papier automatisch buigt en vouwt langs vooraf gedefinieerde vouwlijnen. Door deze vouwlijnen in een hoek te plaatsen, vormen de individuele vouwen geleidelijk een 3D-helische structuur die zich naar het lichaam van de drager vormt, terwijl het flexibel genoeg blijft om beweging toe te staan.
De onderzoekers hebben twee softwaretools ontwikkeld om deze wearables te produceren:
- Tool 1: Genereert het printpatroon en geeft een voorbeeld van de uiteindelijke 3D-structuur.
- Tool 2: Creëert automatisch een op maat gemaakt printpatroon op basis van de gewenste afmetingen van de wearable.
Gebruikers voeren simpelweg de gewenste afmetingen in — zoals de diameter en lengte die nodig zijn voor een vinger of onderarm — waarna de software de papierafmetingen berekent en het bijbehorende printpatroon genereert.
Resultaten en toepassingen
Met deze methode zijn de onderzoekers succesvol wearable apparaten voor zowel vingers als onderarmen gaan fabriceren die nauw aansluiten bij de beoogde ontwerpen; de afmetingen weken minder dan 5% af van de doelwaarden.
De sensorkwaliteit werd aangetoond met een apparaat voor de vinger, waarmee tribo-elektrische signalen en de galvanische huidreactie (GSR) werden gemeten. De prestaties waren vergelijkbaar met die van conventionele wearable sensoren met bevestigingsbanden.
Toekomstperspectief
Deze bevindingen tonen aan dat papier, digitaal ontwerp en inkjetprinten kunnen worden gecombineerd om snel op maat gemaakte wearable sensoren on-demand te produceren. Door duurzame materialen te combineren met een eenvoudig, door software gestuurd ontwerpproces, kunnen goedkope, wegwerpbare wearable-elektronica's worden gerealiseerd.
Hoewel er verder onderzoek nodig is om het praktische gebruik te evalueren, benadrukken de resultaten het potentieel voor schaalbare en gepersonaliseerde wearable-elektronica.
"Onze 'software-to-print'-aanpak heeft een groot potentieel voor point-of-care of gedecentraliseerde kortetermijnmonitoring van fysiologische signalen, zoals de galvanische huidreactie," concludeert Dr. Shigemune. "Omdat de apparaten on-demand kunnen worden ontworpen om bij verschillende lichaamsdelen te passen, maakt deze aanpak de snelle, goedkope en milieuvriendelijke fabricage van eenmalige sensoren mogelijk voor klinische omgevingen, thuiszorg en veldwerk, alsook voor aanraaksensoren en mens-machine-interfaces."
***
Referenties en aanvullende informatie
Originele publicatie
- Titel: Design Software for Helical Origami Wearable Devices Fitting Body Shapes Utilizing Parametric Design
- Tijdschrift: Advanced Sensor Research (Volume 5, Issue 7)
- DOI: 10.1002/adsr.70182
- Publicatiedatum: Online beschikbaar op 25 juli 2026; gepubliceerd op 1 juli 2026.
Over Dr. Hiroki Shigemune
Dr. Hiroki Shigemune is Associate Professor aan het College of Engineering van het Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan. Hij behaalde zijn doctoraat in Mechanical Engineering aan de Waseda University in 2018 en heeft inmiddels meer dan 90 peer-reviewed publicaties op zijn naam staan. Zijn onderzoek richt zich voornamelijk op soft robotics, papiergebaseerde mechatronica en slimme materialen.
Financiering
Deze studie werd ondersteund door JSPS KAKENHI Grant Number JP22K14226 en JP24H00728.
Groetjes,