گروهی از پژوهشگران موفق شدند زانوبندی نرم و کشسان برای نظارت مداوم بر مفصل زانو طراحی کنند. این پوشیدنی، نرم، راحت و استفاده از آن آسان است و با دقت بالایی داده‌ها را ثبت و ارسال می‌کند. تعبیه یک مدار حسگر کاربرپسند در یک پارچه نرم و راحت پذیرش عمومی فناوری پوشیدنی را به ویژه در بین ورزشکاران و افراد مسن افزایش می‌دهد. همچنین داده‌ها را می‌توان در لحظه جمع‌آوری و به شاخص‌هایی تبدیل کرد که می‌توانند کاهش تحرک را تشخیص دهند. هنگامی که علائم کاهش تحرک یافت شود، می‌توان مراقبت‌های پیشگیرانه و مدیریت وضعیت را انجام داد. با مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

ضرورت نظارت مداوم بر حرکت

محدودیت حرکتی، مرحله اولیه ناتوانی حرکتی انسان و نشانه‌ی اولیه زوال عملکردی است. محدودیت حرکتی به صورت ضعف عضلانی، از دست دادن تعادل، راه رفتن ناپایدار و درد مفاصل ظاهر می‌شود. نظارت طولانی مدت و مداوم بر حرکت مفصل ممکن است با تشخیص زودهنگام و مدیریت شرایط، از کاهش تحرک جلوگیری کند و یا آن را به تأخیر اندازد.

نظارت طولانی مدت و مستمر توسط سامانه‌های تحلیلی که یا غیر قابل پوشیدن یا پوشیدنی هستند امکان‌پذیر می‌شود. سامانه‌های غیر پوشیدنی قابل اعتماد هستند، اما به محیط آزمایشگاهی و افراد متخصص نیاز دارند. پس برای استفاده روزمره غیرعملی هستند. از سوی دیگر، سامانه‌های پوشیدنی قابل حمل و ارزان و استفاده از آنها آسان‌تر است. اما حسگرهای پوشیدنی معمولی انعطاف‌ناپذیر و حجیم هستند.

یک فناوری جدید در زمینه سامانه‌های پوشیدنی، پوشیدنی‌های ساخته شده از پارچه رسانا (CF) است. این پوشیدنی‌ها نرم، سبک، چکش خوار و غیر تهاجمی هستند. این حسگرها برای نظارت طولانی مدت راحت و مناسب هستند. با این حال، بیشتر پوشیدنی‌های مبتنی بر پارچه‌ی رسانا در صورت جابجایی از محل مورد نظرشان مستعد خطا می‌شوند و به اجزای خارجی تکیه دارند که حساسیت و محدوده کاری حسگرها را محدود می‌کنند.

ساخت یک پوشیدنی نرم و کشسان

یک گروه پژوهشی برای غلبه بر این محدودیت‌ها، یک پوشیدنی با درجه بالایی از آزادی عملکرد و طراحی ایجاد کردند. دانشیار Low Hong Yee و همکارانش از دانشگاه تکنولوژی و طراحی سنگاپور (SUTD) با دکتر Tan Ngiap Chuan از SingHealth Polyclinics همکاری و مقاله پژوهشی خود را در Advanced Healthcare Materials منتشر کردند.

به گفته دانشیار Low، ملاحظات کلیدی آنها در هنگام طراحی پوشیدنی دقت و قابلیت اطمینان داده‌های حسگر و تکیه حسگر تا حد امکان به اجزای خارجی کمتر بود. نتیجه یک مدار حسگر بسیار کشسان و کاملاً کاربردی است که از پارچه ساخته شده است. از آنجایی که مفصل زانو برای تحرک اندام تحتانی مهم است، این پوشیدنی برای زانو طراحی شد.

گروه برای توسعه این مدار، به طور مکانیکی یک نخ رسانای الکتریکی را با یک نخ دی الکتریک با الاستیسیته بالا در الگوهای دوخت مختلف جفت کردند. ابعاد با توجه به پای سوژه سفارشی شد. اجزای عملکردی – حسگرها، اتصالات و مقاومت‌ها – یک مدار کشسان را روی پوشیدنی کاملاً بافتنی تشکیل دادند. که امکان به دست آوردن داده‌های لحظه‌ای را فراهم می‌کند.

با این حال، کنار هم قرار دادن حسگرها، اتصالات و مقاومت‌ها در یک کشباف منفرد دشوار است. دانشیار Low اشاره کرد “هم افزایی نخ‌ها با خواص الکتریکی و مکانیکی مختلف برای دستیابی به حساسیت سیگنال بالا و کشش‌پذیری بالا” چالش برانگیز است، زیرا خواص مورد نظر برای هر جزء بسیار متفاوت است.

حسگرها برای افزایش حساسیت نیاز به تغییر بسیاری در مقاومت دارند، در حالی که اتصالات و مقاومت‌ها به ترتیب به مقاومت‌های ثابت با بالاترین و کمترین مقدار نیاز دارند. به این ترتیب، پژوهشگران ترکیب نخ و نوع دوخت را برای هر جزء پیش از اتصال مدار بهینه‌سازی کردند و امکان انتقال بی‌سیم داده‌های لحظه‌ای را فراهم کردند.

آزمایش ها

با توسعه یک پوشیدنی نرم برای زانو، بهبود عملکرد اجزای آن و امکان انتقال داده، زمان آزمایش عملکرد این پوشیدنی فرا رسید. این گروه، پوشیدنی را از طریق فعالیت‌های اکستنشن-فلکشن، راه رفتن، آهسته دویدن و حرکت روی پله ارزیابی کردند. با نشانگرهای بازتابنده و یک سامانه ضبط حرکت، امکان مقایسه بین داده‌های حسگر و حرکت واقعی مفصل فراهم شد.

زمان پاسخ حسگر کمتر از 90 میلی ثانیه برای یک ورودی گام بود که برای نظارت بر حرکات انسان به اندازه کافی سریع است. افزون بر این، کوچکترین تغییر در زاویه مفصلی که حسگرها توانستند تشخیص دهند 0.12 درجه بود. داده‌های حسگر همبستگی قوی با داده‌های حرکت مفصل به‌دست‌آمده از سامانه ضبط حرکت نشان داد، که قابلیت اطمینان داده‌های حسگر را نشان می‌دهد.

کاربرد

تأثیر بالقوه چنین دستگاهی در زمینه پزشکی بسیار زیاد است. نظارت مداوم طولانی مدت بر حرکت مفصل برای ردیابی شرایط مرتبط با تحرک مهم است. اغلب، افراد علائم اولیه کاهش تحرک را نادیده می‌گیرند، زیرا به اندازه کافی جدی تلقی نمی‌شوند که به دنبال کمک باشند. فناوری پوشیدنی این مشکل را با ارزیابی تحرک کاربر به طور مستقیم و در لحظه حل می‌کند.

تعبیه یک مدار حسگر کاربر پسند در یک پارچه نرم و راحت ممکن است پذیرش عمومی از فناوری پوشیدنی را به ویژه در بین ورزشکاران و افراد مسن افزایش دهد. داده‌ها را می‌توان در لحظه جمع‌آوری و به شاخص‌هایی تبدیل کرد که می‌تواند کاهش تحرک را تشخیص دهد. هنگامی که علائم کاهش تحرک یافت می‌شود، می‌توان مراقبت‌های پیشگیرانه و مدیریت وضعیت مراقبت‌های بهداشتی را انجام داد.

با تکیه بر این کار، گروه در نظر دارد تأثیر عرق و رطوبت را بر سیگنال‌های حسگر، مورد مطالعه قرار دهد و این پژوهش را به گونه‌ای گسترش دهد که در آینده افراد از هر دو جمعیت سالم و ناسالم را شامل شود. پروفسور Low گفت: «ما کار روی گسترش پوشیدنی‌ها به گروه‌های کاربری خاص و نظارت بر سایر مفاصل بدن مانند شانه را آغاز کرده‌ایم. ما همچنین به دنبال تأمین بودجه برای کشف پتانسیل تجاری ابزارهای پوشیدنی هستیم.».

>> استقلال بیشتر قربانیان سکته مغزی با اسکلت بیرونی مچ پا

منبع: medicalxpress.com

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»