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智能跑步緊身褲集成電子紡織品，可檢測運(yùn)動(dòng)疲憊

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月14日 21:38

智能跑步緊身褲集成電子紡織品，可檢測運(yùn)動(dòng)疲憊

來源：3XMaker　　　發(fā)布時(shí)間：2023年03月28日

使用電子紗線傳感器集成智能運(yùn)動(dòng)服，可檢測運(yùn)動(dòng)消耗與疲憊

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種電子紗線，能夠精確測量一個(gè)人的身體如何運(yùn)動(dòng)。紡織傳感器直接集成到運(yùn)動(dòng)服或工作服中，可預(yù)測穿著者在體力消耗期間的疲憊程度。

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可穿戴設(shè)備在學(xué)術(shù)和商業(yè)領(lǐng)域越來越受歡迎，因?yàn)楹艽笠徊糠秩丝?- 健康研究人員到普通人群 - 能夠更好地利用從它們?cè)L問的數(shù)據(jù)。傳感器基本改進(jìn)的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化將改善診斷、監(jiān)測、修復(fù)和性能。纖維形式的柔性和可拉伸軟傳感器對(duì)可穿戴設(shè)備應(yīng)用很有吸引力，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯蛹蔀闃?gòu)成我們衣服的紡織品的一部分，并將其變成多功能設(shè)備，或者用作外骨骼或機(jī)器人中的跟蹤或監(jiān)控傳感器。

紡織品占我們?nèi)粘４┲拇蟛糠??？衫靷鞲衅鞯募刹⒎且资拢驗(yàn)閭鞲衅骱图徔椘分g的機(jī)械性能不匹配;機(jī)械性能的巨大差異會(huì)導(dǎo)致編織或針織問題，并可能在制造過程中對(duì)傳感器造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。已經(jīng)報(bào)道了將傳感器直接集成到紡織品中的報(bào)道，盡管它們通常僅限于具有局限性的單一傳感機(jī)制。采用基于小針織機(jī)的解決方案（即紗線或線）的傳感技術(shù)的擴(kuò)展仍然有限，能夠提供替代傳感機(jī)制的解決方案將擴(kuò)大可穿戴設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的潛力。

例如，新型紡織品傳感器可用于預(yù)防與疲勞相關(guān)的運(yùn)動(dòng)損傷。

要點(diǎn)：

?新型紡織傳感器非常精確地測量身體運(yùn)動(dòng)，無需電池或芯片等電子元件。

?該傳感器集成到工作和運(yùn)動(dòng)服裝中，可以實(shí)時(shí)預(yù)測您在體力消耗期間的疲憊程度。

?傳感器由一種特殊的紗線制成，當(dāng)您拉動(dòng)它時(shí)會(huì)膨脹，從而產(chǎn)生電信號(hào)。

?紡織品傳感器可用于防止運(yùn)動(dòng)或工作場所中與疲勞相關(guān)的傷害。

疲憊使我們?cè)阱憻捇驁?zhí)行體力勞動(dòng)時(shí)更容易受傷。由疲憊使我們?cè)阱憻捇驁?zhí)行體力勞動(dòng)時(shí)更容易受傷。一組蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院負(fù)責(zé)人Carlo Menon教授領(lǐng)導(dǎo)。負(fù)責(zé)人Carlo Menon教授領(lǐng)導(dǎo)的一組蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種紡織品傳感器，可以實(shí)時(shí)測量一個(gè)人在體力消耗期間的疲憊程度。為了測試他們的新傳感器，他們將其集成到一雙運(yùn)動(dòng)緊身褲中。只需瞥一眼他們的智能手機(jī)，測試人員就能看到他們何時(shí)達(dá)到極限以及他們是否應(yīng)該休息一下。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院已申請(qǐng)專利的這項(xiàng)發(fā)明可能為新一代智能服裝鋪平道路：目前市場上的許多產(chǎn)品都改裝了傳感器、電池或芯片等電子元件。除了推高價(jià)格外，這還使這些物品難以制造和維護(hù)。

相比之下，ETH研究人員的可拉伸傳感器可以直接集成到有彈性，貼身運(yùn)動(dòng)服或工作服的材料纖維中。這使得大規(guī)模生產(chǎn)更容易，更便宜。Menon強(qiáng)調(diào)了另一個(gè)好處：“由于傳感器離身體如此之近，我們可以非常精確地捕捉身體運(yùn)動(dòng)，而佩戴者甚至沒有注意到。

非凡的紗線

當(dāng)人們感到疲倦時(shí)，他們的動(dòng)作會(huì)有所不同——跑步也不例外：步幅會(huì)縮短，變得不那么規(guī)律。使用他們的新傳感器，該傳感器由一種特殊類型的紗線制成，ETH研究人員可以測量這種影響。

這一切都?xì)w功于紗線的結(jié)構(gòu)：內(nèi)部纖維由導(dǎo)電彈性橡膠制成。研究人員將一根包裹在薄薄一層塑料中的剛性電線纏繞成圍繞這種內(nèi)纖維的螺旋狀?！斑@兩種纖維充當(dāng)電極并產(chǎn)生電場。它們一起形成一個(gè)可以容納電荷的電容器，“Menon小組的博士后Tyler Cuthbert說，他在導(dǎo)致該發(fā)明的研發(fā)中發(fā)揮了重要作用。

智能跑步緊身褲

將這種紗線縫合到一雙有彈性的跑步緊身褲的大腿部分，意味著它會(huì)隨著穿著者的跑步以一定的節(jié)奏伸展和松弛。每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)改變兩根光纖之間的間隙，從而改變電場和電容器的電荷。

Laufhose：膝蓋上方的紡織傳感器連接到嵌入腰帶中的天線。它們共同形成一個(gè)可用于測量運(yùn)動(dòng)的電路。

在正常情況下，這些電荷波動(dòng)太小，無法幫助測量身體的運(yùn)動(dòng)。然而，這種紗線的特性絕不是正常的：“與大多數(shù)其他材料不同，我們的紗線在拉伸時(shí)實(shí)際上會(huì)變得更厚，”卡斯伯特說。因此，紗線對(duì)最小的運(yùn)動(dòng)更加敏感。即使稍微拉伸它，也會(huì)在傳感器的電荷中產(chǎn)生明顯的微不足道的波動(dòng)。這使得測量和分析運(yùn)行形式的細(xì)微變化成為可能。

但是，這如何用于確定一個(gè)人的疲憊程度呢？在之前的研究中，Cuthbert和Menon觀察了一系列測試人員，他們穿著配備類似傳感器的運(yùn)動(dòng)緊身褲跑步。他們記錄了隨著跑步者越來越疲倦而電信號(hào)的變化。他們的下一步是將這種模式轉(zhuǎn)化為能夠預(yù)測跑步者疲憊的模型，現(xiàn)在可以用于他們的新型紡織傳感器。但是，確保模型能夠在實(shí)驗(yàn)室外做出準(zhǔn)確的預(yù)測將需要大量額外的測試和大量的步態(tài)模式數(shù)據(jù)。

用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募徔椞炀€

為了使紡織品傳感器能夠?qū)㈦娦盘?hào)無線發(fā)送到智能手機(jī)，研究人員為其配備了一個(gè)由導(dǎo)電紗制成的環(huán)形天線，該天線也直接縫在緊身褲上?！皞鞲衅骱吞炀€一起形成一個(gè)完全集成到衣服中的電路，”Menon小組的博士生Valeria Galli說。

紡織傳感器和天線形成電路。當(dāng)傳感器伸展時(shí)，天線會(huì)發(fā)送智能手機(jī)可以讀取的信號(hào)。

天線直接環(huán)形縫在材料上。

電信號(hào)從可拉伸傳感器傳播到天線，天線以智能手機(jī)能夠讀取的特定頻率傳輸。佩戴者奔跑，傳感器移動(dòng)，產(chǎn)生頻率連續(xù)波動(dòng)的信號(hào)模式，然后智能手機(jī)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)記錄和評(píng)估。但研究人員仍有相當(dāng)多的開發(fā)工作要做。

應(yīng)用包括運(yùn)動(dòng)和工作場所

目前，研究人員正在努力將他們的原型轉(zhuǎn)化為市場就緒的產(chǎn)品。為此，他們正在申請(qǐng)?zhí)K黎世聯(lián)邦理工學(xué)院備受追捧的先鋒獎(jiǎng)學(xué)金之一?！拔覀兊哪繕?biāo)是使智能服裝的制造具有成本效益，從而使更廣泛的公眾可以使用，”Menon說。他認(rèn)為潛在的應(yīng)用范圍從體育延伸到工作場所 - 預(yù)防與疲憊相關(guān)的傷害 - 以及康復(fù)醫(yī)學(xué)。

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