用导电纱线制成的纺织品传感器贴片可以检测截肢者的压力点

研究人员发现，纺织传感器可以检测假肢窝上的压力点。来源：北卡罗来纳州立大学

用导电纱线创建的柔软，灵活的传感器系统可以帮助绘制截肢者假肢窝中的问题压力点，北卡罗来纳州立大学的研究人员在一项新的研究中报告说。

在IEEE传感器杂志上，北卡罗来纳州立大学的研究人员报道了轻质，柔软的基于纺织品的传感器原型补丁。该设备包含导电纱线的晶格，并连接到一台微型计算机。他们在假肢上测试了该系统，并与两名人类志愿者进行了步行实验，发现该系统可以可靠地实时跟踪压力变化。

“人们通常用于测量假肢压力的是刚性传感器，”该研究的作者，北卡罗来纳州纺织学院的研究生Jordan Tabor说。“它们很硬，很笨重;它们可能很重。这些不是截肢者可以每天使用的东西，因为刚性传感器会对截肢者假肢的贴合产生负面影响。刚性传感器也会引起不适。我们设计的传感器可以集成到纺织品中，不会给用户带来任何额外的不适，并且可以更经常地佩戴。

在一项实验中，研究人员测试了当他们将其放置在以不同角度转动的假肢上时，该贴片是否可以检测到压力的变化。然后，他们用它来测试当一个身体健全的人在使用弯曲的膝盖适配器行走时佩戴传感器贴片并在双腿之间移动体重时的压力变化。

在他们一个实验中，一名小腿截肢的志愿者在假肢通常施加较高压力的区域将贴片戴在假肢的衬里上。他们在志愿者转移体重并在跑步机上行走时测试了传感器贴片，发现该系统经久耐用，可以可靠地监测插座中的压力变化。

“我们几年前想到的这种方法确实有效，它是一种易于制造的技术，”该研究的共同通讯作者Tushar Ghosh说。“你不能把不舒服的材料放在皮肤旁边，可能不安适。所以我们把一直在我们身边使用的东西放在我们身边，柔软而有弹性。Ghosh是北卡罗来纳州立大学威尔逊纺织学院纺织工程，化学与科学的William A. Klopman杰出教授。

研究人员的部分工作涉及将传感器系统设计得足够轻巧，足够小，供人类使用。这项工作是北卡罗来纳州立大学纺织，电气，计算机和生物医学工程研究人员之间的合作。人体实验由UNC / NC州生物医学工程联合系杰克逊家族杰出教授，该论文的合著者Helen Huang领导的康复工程研究人员进行。

他们通过将纱线缝合在一起以产生电磁场的方式创建了传感器贴片。当研究人员将纱线缝制成格子，并使用小电池施加少量电力时，他们发现他们可以测量在每个晶格点将纱线拉在一起的电荷量。电荷根据纱线之间的距离而变化，这与穿着者施加的压力有关。他们连接纱线，绝缘，将它们放在纺织织物上，并将它们连接到一个小型电子设备以捕获数据。它们还包括一个小型无线电，以便无线跟踪测量结果。

“我们将纺织纤维连接到一个略大于四分之一的电路，可以扫描多达10×10根光纤，”该研究的共同通讯作者，北卡罗来纳州立大学电气工程教授Alper Bozkurt说。“这给了我们100个测量点。一切都连接到一台微型计算机，该计算机具有用于无线数据跟踪的无线电。

虽然研究人员使用了一种市售的纱线进行研究，但他们也在努力开发自己的纺织纤维，以检测截肢者假肢窝的压力变化。

该项目的下一步是将传感器直接集成到假肢插座中，或集成到可穿戴物品中。他们还需要在更大规模的研究中研究传感器的潜在临床价值。

“我们更广泛的愿景是设计类似袜子的东西，或者将传感器系统集成到假肢插座中，因此当一个人戴上假肢时，他们能够监控压力分布和其他测量方面发生的事情，”黄说。

“这项研究，”用于监测假体插座接口的基于纺织品的压力传感器“，于1月21日在线发表在IEEE传感器杂志上。