Ερευνητές από το North Carolina State University έχουν αναπτύξει ένα νέο σύστημα μαλακών, εύκαμπτων αισθητήρων με σκοπό να χαρτογραφήσουν τα σημεία πίεσης στους ακρωτηριασθέντες. Η έρευνα μελέτησε τον τρόπο με τον οποίο το πρωτότυπο patch που δημιούργησαν, το οποίο ενσωματώνει ένα πλέγμα νημάτων που είναι αγωγοί του ηλεκτρισμού και συνδέεται με υπολογιστή, μπορεί να ανιχνεύει και να καταγράφει τα σημεία πίεσης στην προσθετική θήκη των ακρωτηριασθέντων που χρησιμοποιούν τεχνητό κάτω άκρο. Η ερευνητική ομάδα περιλαμβάνει ερευνητές εξειδικευμένους στα υφάσματα, τον ηλεκτρισμό, τους υπολογιστές και την βιοιατρική μηχανική.
Από τους άκαμπτους στους μαλακούς, εύκαμπτους αισθητήρες
Ο Jordan Tablor, πρώτος υπογράφων της μελέτης, εξηγεί ότι συνήθως για τον εντοπισμό των σημείων πίεσης μέσα στην προσθετική κάλτσα χρησιμοποιούνται άκαμπτοι αισθητήρες. “Είναι σκληροί, ογκώδεις, και ενδεχομένως βαριοί”, συνεχίζει ο Tablor. “Επομένως, δεν μπορούν να χρησιμοποιούνται σε καθημερινή βάση από τους χρήστες των προσθετικών ποδιών γιατί επηρεάζουν την εφαρμογή της προσθετικής κάλτσας”. Το γεγονός πως οι συνήθεις άκαμπτοι αισθητήρες μπορεί να δημιουργήσουν ενόχληση στον χρήστη, οδήγησε την ομάδα να σχεδιάσει έναν αισθητήρα που θα μπορούσε να εφαρμόζει αξιόπιστα και να χρησιμοποιείται τακτικά για μετρήσεις χωρίς να δημιουργεί ενοχλήσεις.
Το πειραματικό πρωτόκολλο
Το πρώτο πείραμα της ομάδας αφορούσε να δοκιμαστεί αν το υφασμάτινο patch μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές στην πίεση, όταν τοποθετηθεί σε ένα τεχνητό μέλος που λυγίζει σε διάφορες γωνίες. Στη συνέχεια δοκίμασαν μεταβολές πίεσης σε έναν αρτιμελή συμμετέχοντα που φορούσε τον αισθητήρα ενώ περπατούσε λυγίζοντας τα πόδια ή μεταφέροντας βάρος από το ένα πόδι στο άλλο.
Τέλος, ένας εθελοντής με διπλό ακρωτηριασμό και τεχνητά κάτω άκρα φόρεσε τον αισθητήρα στις προσθετικές θήκες σε σημεία όπου συνήθως ασκείται μεγαλύτερη πίεση. Ο αισθητήρας δοκιμάστηκε ενώ ο εθελοντής μετέφερε το βάρος του και περπατούσε σε έναν διάδρομο γυμναστικής. Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο αισθητήρας ήταν ανθεκτικός και μπορούσε να παρακολουθήσει αξιόπιστα τις αλλαγές πίεσης μέσα στις θήκες.
Στόχος της ομάδας είναι ο αισθητήρας να είναι ελαφρής και μικρός σε όγκο. Δημιούργησαν λοιπόν τον αισθητήρα ράβοντας ίνες ώστε να δημιουργούν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Δίνοντας στον αισθητήρα ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο με μια μικρή μπαταρία διαπίστωσαν ότι μπορούν να μετρήσουν το ηλεκτρικό φορτίο που ελκύει τις ίνες σε κάθε σημείο του πλέγματος. Οι αλλαγές φορτίου εξαρτώνται από το πόσο κοντά βρίσκονται οι ίνες, κάτι που εξαρτάται από την πίεση που ασκεί ο χρήστης του αισθητήρα.
Η ομάδα συνέδεσε τις ίνες, τις μόνωσε, τις εφάρμοσε σε ύφασμα και τις συνέδεσε σε μια μικρή ηλεκτρονική συσκευή που καταγράφει τα δεδομένα. Οι μετρήσεις παρακολουθούνται χωρίς την χρήση καλωδίων. Συνολικά, ο αισθητήρας καταγράφει 100 σημεία.
Επόμενα βήματα
Οι ερευνητές εργάζονται στην ανάπτυξη ενός ειδικού νήματος που να ανιχνεύει ακόμη περισσότερες αλλαγές πίεσης στην προσθετική θήκη. Το επόμενο βήμα τους είναι να ενσωματώσουν τους αισθητήρες απευθείας στην προσθετική κάλτσα, ή σε ένα μαλακό, φορέσιμο αξεσουάρ.
Στόχος τους είναι να δημιουργήσουν ένα εργαλείο με το οποίο οι κατασκευαστές προσθετικών θηκών να μπορούν να βελτιώσουν την εφαρμογή των προσθετικών θηκών και να αποφεύγουν τις επώδυνες πιέσεις και τριβές μέσα στην προσθετική θήκη.
ΠΗΓΕΣ: https://www.theengineer.co.uk, https://textiles.ncsu.edu
ΠΡΩΤΟΤΥΠΗ ΕΡΕΥΝΑ: IEEE Sensors Journal
