據(jù)麥姆斯咨詢報道，最近一項研究報告稱，科學(xué)家們發(fā)明了一種柔性可穿戴傳感器，這種傳感器可以集成到織物中，并檢測觸摸壓力以及測量身體運動，可用于監(jiān)測帕金森氏癥患者運動癥狀的進展。

 

科學(xué)家們表示，將柔性傳感器直接放置在患者鞋底或使用棉布將傳感器固定在患者的膝蓋或足關(guān)節(jié)上，可實時監(jiān)測患者的行走問題。

 

該研究小組目前正在荷蘭的一家帕金森康復(fù)中心，對神經(jīng)退行性疾病患者進行這款傳感器的應(yīng)用評估。

 

格羅寧根大學(xué)（University of Groningen）的助理教授Ajay Kottapalli博士在一份新聞稿中說：“這種柔性傳感器被用來監(jiān)測患者步態(tài)的惡化情況。”

 

Kottapalli說，這款傳感器也顯示出其在防止跌倒方面的應(yīng)用前景。

 

“一些患者已經(jīng)在使用傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過耳機為他們提供步行速度和步長的指示。我們知道，在跌倒之前，患者的步幅會縮短。”Kottapalli說，“我們的傳感器系統(tǒng)可以提醒他們這一點。”

 

這項名為“Electrospun bundled carbon nanofibers for skin-inspired tactile sensing, proprioception and gesture tracking applications”的研究發(fā)表在Nature Flexible Electronics雜志上。

 

帕金森氏癥患者會出現(xiàn)震顫、動作緩慢和肌肉僵硬等運動癥狀。許多人也很難保持平衡和行走，并且會出現(xiàn)不受控制的不自主運動，這些運動會影響到頭部、手臂、腿部甚至整個身體。

 

科學(xué)家們表示，實時測量人體運動的可穿戴電子傳感器技術(shù)可能會提供有關(guān)疾病進展的寶貴信息。事實上，準(zhǔn)確監(jiān)測呼吸模式以及姿勢、肌肉震顫、步態(tài)、關(guān)節(jié)和肢體的運動，有助于獲得早期診斷，跟蹤運動癥狀的變化，為患者特定的治療計劃提供支持。

 

目前，荷蘭格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家們利用碳納米纖維（CNF）束制造出了可穿戴、可縫合且靈敏的傳感器，這些傳感器可以響應(yīng)壓力并測量身體的運動和位置。

 

盡管有帶電極的襯衫可以測量肌肉活動——許多專業(yè)運動員使用的——但它們的柔性有限，分辨率低，無法準(zhǔn)確監(jiān)測人體的各種運動。

 

“我們的傳感器會為此增加身體運動的監(jiān)測，這是一種完全不同的方法。”Kottapalli說。

 

“除了關(guān)節(jié)運動，傳感器還可以記錄呼吸運動。”他補充道。

 

碳納米纖維是通過一種稱為靜電紡絲的方法制造的。該方法可以制造出壓阻纖維（電導(dǎo)率在拉伸時會發(fā)生變化），然后將壓阻纖維以交叉模式嵌入橡膠狀材料中，形成一個“像素”來測量兩條纖維交叉處的運動。

 

Kottapalli說：“靜電紡絲類似于織物的制造方法，材料可以進行‘紡織’，因此將導(dǎo)電紗線作為電極成為可能。”

 

研究小組表明，即使長時間使用，這種傳感器也至少可以拉伸到原始長度的50%，并且對不同程度的壓力仍然敏感。

 

為了證明傳感器在監(jiān)測人體運動方面的可行性，研究小組進行了步態(tài)實驗，重點關(guān)注手腕運動、呼吸運動、行走和慢跑。

 

在手腕運動實驗中，傳感器連接到患者的左手手腕，要求患者向前或左右彎曲手腕。與較小的運動相比，較大的腕部運動會產(chǎn)生更強烈的信號，并且傳感器可以區(qū)分向左和向右的運動。

 

該研究小組寫道：“左右擺動手腕時信號強度的持續(xù)失配是由于佩戴者向每個方向可達到的最大彎曲角度不一致導(dǎo)致的。”

 

當(dāng)傳感器固定在胸腔底部的橫膈膜區(qū)域時，它們在正常和深呼吸運動時會顯示出不同的信號反應(yīng)。

 

該研究小組寫道：“通過觀察信號強度和頻率，可以清楚地區(qū)分各種呼吸模式。”

 

將應(yīng)變傳感器放置在一個人的腳后跟上，以現(xiàn)場測量行走和慢跑時的響應(yīng)。與慢跑時出現(xiàn)的非常尖銳、強烈的信號峰值相比，在行走過程中，傳感器會顯示出更小的信號。研究人員寫道，“結(jié)果表明傳感器能夠區(qū)分每天遇到的不同運動模式。”

 

這種傳感器還可以集成到手套中，以進行觸摸壓力、手指運動、手勢和運動感知等測量。這些結(jié)果表明，集成這種傳感器的手套能夠感知不同手指的各種運動。研究人員說，據(jù)此我們可以推測傳感器的一種潛在應(yīng)用——手部假肢，在這種假肢中，傳感器信號可以輸入患者的神經(jīng)系統(tǒng)。

 

“手套可以告訴你物體的硬度，就像正常的手一樣。”Kottapalli說。“這是一種獨特的組合。”他補充說，“我們的傳感器具有類似皮膚的功能。”

 

研究小組開發(fā)并測試了一種由棉布制成的運動護膝，以證明將傳感器包裹在可穿戴織物類材料中的可行性。他們寫道，伸直膝蓋和彎曲膝蓋時的信號明顯不同，信號寬度也隨膝蓋彎曲的速度而變化，這對于精確跟蹤膝關(guān)節(jié)運動非常有用。

 

該研究小組還證明了傳感器可以測量多個點的觸摸壓力。在手套中，他們可以感知到手的形狀和運動，模仿人類手的許多神經(jīng)系統(tǒng)功能。

 

“總之，這項工作證明了電紡CNF束作為靈敏、線性且價格低廉的柔性壓阻傳感元件在開發(fā)用于人體運動監(jiān)測和觸覺傳感的可穿戴織物傳感器的可行性。”