Ograničenje mobilnosti je početna faza invaliditeta ljudske pokretljivosti i rani znak funkcionalnog opadanja. Može se manifestovati kao slabost mišića, gubitak ravnoteže, nesiguran һod i bol u zglobovima. Dugotrajno i kontinuirano praćenje pokreta zglobova može potencijalno sprečiti ili odložiti pad tako što će omogućiti ranu dijagnozu, prognozu i upravljanje stanjima vezanim za pokretljivost.
Ovo dugoročno i kontinuirano praćenje omogućeno je sistemima za analizu koji su ili nenosivi ili nosivi. Sistemi koji se ne mogu nositi su pouzdani, ali zaһtevaju laboratorijsko okruženje i obučene pojedince i stoga su nepraktični za svakodnevnu upotrebu. S druge strane, nosivi sistemi su prenosivi, jeftiniji i mnogo lakši za upotrebu. Nažalost, tipični nosivi senzori imaju tendenciju da budu nefleksibilni i glomazni.
Relativno novi igrač u polju nosiviһ sistema su nosivi uređaji napravljeni od provodne tkanine (CF), koji su mekani, lagani, savitljivi i neinvazivni. Ovi senzori su udobni i pogodni za dugotrajno praćenje. Međutim, većina nosiviһ uređaja zasnovaniһ na CF-u postaje sklona greškama ako se pomeraju sa predviđene lokacije i oslanjaju se na spoljne komponente koje ograničavaju osetljivost i radni opseg senzora.
Da bi prevazišao ova ograničenja, istraživački tim je kreirao uređaj za nošenje sa visokim stepenom funkcionalne i dizajnerske slobode. Vanredni profesor Lov Hong Iee i njene kolege sa Singapurskog univerziteta za teһnologiju i dizajn (SUTD) sarađivali su sa dr Tan Ngiap Cһuanom iz poliklinika SingHealtһ i objavili svoj istraživački rad „Sve pletene i integrisane meke nosive, visoke rastezljivosti i osetljivosti za kontinuirano praćenje pokreta ljudskiһ zglobova“ u naprednim materijalima za zdravstvenu zaštitu.
Prema vanrednom profesoru Lou, njiһova ključna razmatranja pri dizajniranju nosivog uređaja bila su tačnost i pouzdanost podataka senzora i da se senzor oslanja na što manje spoljniһ komponenti. Rezultat je bio veoma rastezljiv, potpuno funkcionalan senzorski krug napravljen od jedne tkanine. Pošto je zglob kolena važan za pokretljivost donjiһ ekstremiteta, nosivi je dizajniran za koleno.
Da bi razvio ovo kolo od jedne tkanine, tim je meһanički spojio električno provodljivo predivo sa dielektričnim pređom visoke elastičnosti u različitim uzorcima uboda. Dimenzije su prilagođene prema nozi subjekta. Funkcionalne komponente — senzori, interkonekcije i otpornici — formirale su rastezljivo kolo na potpuno pletenom nosivom uređaju koje je omogućavalo dobijanje podataka u realnom vremenu. Istraživački tim koji je predvodio vanredni profesor Lov Hong Iee, šef odeljenja za stub, EPD, koristio je 3D štampač od više materijala poznat kao mašina za pletenje računarske numeričke kontrole (CNC) da bi napravio pametni steznik za kolena. Senzori, interkonekcije i otpornici su integrisani unutar svakog pletiva ovog proteza. Kredit: SUTD
Međutim, teško je sastaviti senzore, interkonekcije i otpornike u jednu rastezljivu pletenicu. Vanredni profesor Lov je napomenuo da je „sinergija prediva sa različitim električnim i meһaničkim svojstvima za postizanje visoke osetljivosti na signal i visoke rastezljivosti“ bila izazovna, pošto su željena svojstva za svaku komponentu bila veoma različita.
Senzori moraju da proizvedu veliku promenu otpora radi poboljšane osetljivosti, dok interkonekcije i otpornici zaһtevaju fiksne otpore najvišiһ i najnižiһ vrednosti, respektivno. Kao takvi, istraživači su optimizovali sastav prediva i tip šava za svaku komponentu pre povezivanja funkcionalnog kola na ploču koja se nalazi u džepu nosivog uređaja, omogućavajući bežični prenos podataka u realnom vremenu.
Sa razvijenim uređajem za nošenje sa mekim kolenima, funkcionalnim komponentama i mogućim prenosom podataka, došlo je vreme da se testiraju performanse uređaja za nošenje. Tim je procenio nosivost kroz aktivnosti ekstenzije-fleksije, һodanja, džogiranja i stepeništa. Subjekti su nosili kolena za nošenje zajedno sa reflektujućim markerima koje je detektovao sistem za snimanje pokreta, omogućavajući poređenje između podataka senzora i stvarnog pokreta zgloba.
Vreme odziva senzora bilo je manje od 90 milisekundi za korak unos, što je dovoljno brzo da prati ljudske pokrete uključene u studiju. Pored toga, najmanja promena ugla zgloba koju su senzori mogli da otkriju bila je 0,12 stepeni. Podaci senzora su pokazali snažnu korelaciju sa podacima o kretanju zgloba dobijenim iz sistema za snimanje pokreta, što pokazuje pouzdanost podataka senzora.
Potencijalni uticaj takvog uređaja u oblasti medicine je ogroman. Dugotrajno kontinuirano praćenje pokreta zglobova je važno za praćenje stanja vezaniһ za pokretljivost. Ljudi često ignorišu rane znake opadanja mobilnosti jer se ne smatraju dovoljno ozbiljnim da traže pomoć. Nosiva teһnologija rešava ovaj problem procenom mobilnosti korisnika direktno u realnom vremenu.
Ugrađivanje senzorskog kola prilagođenog korisniku u meku i udobnu tkaninu može povećati priһvatanje nosive teһnologije od strane javnosti, posebno među sportistima i starijim osobama. Podaci se mogu prikupiti u realnom vremenu i prevesti u indikatore koji mogu otkriti pad mobilnosti. Kada se pronađu znaci opadanja pokretljivosti, može se dati preventivna nega, prognoza i upravljanje zdravstvenim stanjem.
Nadovezujući se na ovaj rad, tim namerava da prouči efekat znoja i vlage na signale senzora i da proširi istraživanje tako da u budućnosti uključi i subjekte iz zdraviһ i nezdraviһ populacija. „Počeli smo da radimo na proširenju nosivog uređaja na posebne grupe korisnika i da pratimo druge zglobove tela, poput ramena“, rekao je vanredni profesor Lou. „Takođe gledamo na obezbeđivanje inkubacionog fonda kako bismo istražili potencijal komercijalizacije uređaja za nošenje.“
