В журнале IEEE Sensors Journal исследователи из Университета штата Северная Каролина сообщили о легком, мягком текстильном прототипе сенсора. Устройство состоит из решетки из проводящих нитей и подключается к крошечному компьютеру. Они протестировали систему на протезе конечности и в экспериментах по ходьбе с двумя людьми-добровольцами, обнаружив, что система может надежно отслеживать изменения давления в реальном времени.
«То, что люди обычно используют для измерения давления в протезах, – это жесткие датчики», – сказал первый автор исследования Джордан Табор, аспирант Текстильного колледжа штата Северная Каролина. "Они твердые, они громоздкие; они могут быть тяжелыми.
Это не то, что люди с ампутированными конечностями могут использовать ежедневно, потому что жесткие датчики отрицательно влияют на подгонку протезов людей с ампутированными конечностями. Жесткие датчики тоже могут вызывать дискомфорт. Мы разработали датчики, которые можно интегрировать в текстиль таким образом, чтобы не вызывать дополнительного дискомфорта для пользователя и которые можно было бы носить более регулярно."
В одном эксперименте исследователи проверили, может ли пластырь обнаруживать изменения давления, когда они помещают его на протез, повернутый под разными углами. Затем они использовали его для проверки изменений давления, когда здоровый человек носил пластырь датчика при ходьбе с адаптером для согнутых коленей и при переносе веса между ног.
В своем последнем эксперименте доброволец с ампутированной голенью носил пластырь на подкладке протеза конечности в тех областях, где протез обычно оказывает более высокое давление. Они протестировали накладку датчика, пока доброволец переносил вес и ходил по беговой дорожке, и обнаружили, что система долговечна и может надежно отслеживать изменения давления в гнезде.
«Этот подход, о котором мы думали несколько лет назад, действительно работает, и это легко производимая технология», – сказал Тушар Гош, соавтор исследования. "Нельзя класть на кожу неудобные или небезопасные материалы. Таким образом, мы размещаем вокруг себя вещи, которые используются постоянно, мягкие и гибкие."Гош – это Уильям А. Клопман, заслуженный профессор текстильной инженерии, химии и естественных наук текстильного колледжа Уилсона штата Северная Каролина.
Часть работы исследователей заключалась в разработке сенсорной системы, которая должна быть легкой и достаточно маленькой для использования человеком. Работа была результатом сотрудничества исследователей в области текстильной, электротехнической, компьютерной и биомедицинской инженерии из штата Северная Каролина. Эксперименты на людях проводились исследователями реабилитационной инженерии под руководством Хелен Хуанг, заслуженного профессора из семьи Джексонов Объединенного департамента биомедицинской инженерии UNC / NC и старшего соавтора статьи.
Они создали сенсорную нашивку, сшив пряжу вместе таким образом, что они создали электромагнитное поле. Когда исследователи сшили нити в решетку и применили небольшое количество электроэнергии, используя небольшую батарею, они обнаружили, что могут измерить количество электрического заряда, соединяющего нити вместе в каждой точке решетки.
Заряды меняются в зависимости от того, насколько близко пряжи расположены друг к другу, что связано с тем, какое давление оказывает владелец. Они соединили нити, изолировали их, уложили на текстильную ткань и подключили к небольшому электронному устройству для сбора данных.
Они также включали небольшой радиоприемник для беспроводного отслеживания измерений.
«Мы подключили текстильные волокна к электрической цепи размером чуть больше четверти, которая может сканировать до 10 на 10 волокон», – сказал соавтор исследования Альпер Бозкурт, профессор электротехники в NC State. "Это дает нам 100 точек измерения.
Все подключено к крошечному микрокомпьютеру, у которого есть радио для беспроводного отслеживания данных."
В то время как исследователи использовали пряжу, которая была коммерчески доступной для исследования, они также работают над разработкой собственного текстильного волокна, чтобы обнаруживать не только изменения давления в лунке протеза конечности инвалида.
Следующим шагом в проекте является интеграция датчиков непосредственно в ортопедические гнезда или в носимый предмет.
Им также необходимо будет изучить потенциальную клиническую ценность сенсора в более крупном исследовании.
«Наше более широкое видение – разработать что-то вроде носка или интегрировать сенсорную систему в протез, чтобы, когда человек надевает протез, он может отслеживать происходящее с точки зрения распределения давления и других измерений», – сказал Хуанг.