حسگر پوشیدنی می تواند به باز کردن پتانسیل لباس های  بیرونی در محیط های واقعی کمک کند

2 دسامبر 2022 – توسط آدام مالک، دانشگاه ویسکانسین-مدیسون -لباس بیرونی و تانسیومتر محققین کاملاً قابل حمل است و امکان آزمایش در محیط های واقعی را فراهم می کند. اعتبار: آزمایشگاه زیست طراحی هاروارد

پوشیدن لباس بیرونی می‌تواند به افراد کمک کند تا از آسیب‌دیدگی خلاص شوند یا حتی اگر چیزی سنگین حمل می‌کنند، به آن‌ها روحیه بیشتری بدهد.

اما، به گفته محققان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون و دانشگاه هاروارد، همه کسانی که امروز یک ربات پوشیدنی استفاده می کنند نمی توانند فوراً از این کمک بهره ببرند.

برای اولین بار، تیم تحقیقاتی از یک حسگر پوشیدنی منحصر به فرد برای اندازه گیری مستقیم نیرو بر روی تاندون آشیل افرادی که کوله پشتی سنگینی را در حالی که لباس بیرونی پوشیده بودند، استفاده کردند. محققان آزمایش‌های بیومکانیکی دقیقی را در آزمایشگاه انجام دادند، اما به‌ویژه این سیستم‌ها روی بدن و قابل حمل هستند. این به تیم اجازه داد تا آزمایش‌های بیشتری در فضای باز روی یک فرد انجام دهد تا زنده بودن در دنیای واقعی را نشان دهد. این تیم نتایج خود را در 19 اکتبر 2022 در مجله Science Robotics منتشر کرد.

دیلن اشمیتز، مهندس مکانیک  نامزد دکترا و اولین نویسنده در مقاله UW-Madison می گوید: “این هیجان انگیز است که ما توانستیم از یک لباس بیرونی در فضای باز استفاده کنیم و این اندازه گیری های مستقیم نیروی تاندون آشیل را بدست آوریم. این گام بزرگی در جهت تحقق پتانسیل کامل لباس های بیرونی در محیط های واقعی است.

موارد خاصی وجود دارد که داشتن یک لباس بیرونی با محدودیت آزمایشگاهی همچنان یک مزیت است – مانند کار با بیماران در یک محیط بالینی. استفاده کنید، پس درک نحوه عملکرد لباس بیرونی در آن محیط ها بسیار مهم است.”

یافته‌های محققان بر اهمیت سفارشی‌سازی لباس‌های بیرونی برای کاربر آن تاکید می‌کند تا بتواند در محیط‌های واقعی مفیدتر باشد.لباس‌های بیرونی تغییر خاصی را در بیومکانیک پوشنده ایجاد می‌کنند – برای مثال، یک دستگاه روباتیک که روی مچ پا پوشیده می‌شود، می‌تواند برنامه‌ریزی شود تا درست در زمان مناسب در حین راه رفتن کشیده شود تا ماهیچه‌های ساق پا و تاندون آشیل تخلیه شود.

تا کنون، ایجاد اثر مطلوب بر روی فردی که می پوشد همچنان چالش برانگیز بوده است – و راه خوبی برای اندازه گیری مستقیم تغییرات در بارگذاری روی بافت عضلانی و تاندون که هنگام استفاده از لباس بیرونی رخ می دهد، وجود نداشته است.

تیم تحقیقاتی UW–Madison و هاروارد این چالش را با استفاده از یک حسگر پوشیدنی منحصربفرد به نام تانسیومتر موج برشی حل کرده‌اند. این دستگاه ساده و غیرتهاجمی که توسط مهندسان UW–Madison توسعه یافته و در اولین تکرار آن در سال 2018 در Nature Communications فاش شد، به راحتی روی پوست روی تاندون نصب می‌شود. تانسیومتر محققان را قادر می‌سازد تا مستقیماً نیروی تاندون را با مشاهده چگونگی تغییر ویژگی‌های ارتعاشی تاندون در هنگام بارگذاری، مانند هنگام حرکت، ارزیابی کنند.

در مطالعه محققان، هشت شرکت‌کننده یک لباس بیرونی کاملا قابل حمل از پارچه‌های نرم و یک محرک که توسط محققان هاروارد ساخته شده بود، پوشیدند. شرکت‌کنندگان که همگی بزرگسالان جوان سالم بودند، در حالی که وزن‌های کوله‌پشتی را با خود حمل می‌کردند، روی یک تردمیل ابزاری با سطوح مختلفی از لباس‌های بیرونی راه می‌رفتند. در طول این آزمایش‌ها، محققان چندین پارامتر بیومکانیکی را اندازه‌گیری کردند و همچنین از تانسیومتر برای اندازه‌گیری مستقیم بارگذاری روی تاندون آشیل استفاده کردند.

همانطور که پیش بینی می شد، محققان دریافتند که با اضافه کردن وزن به کوله پشتی، نیروی تاندون آشیل افزایش می یابد.

با این حال، زمانی که شرکت‌کنندگان برای کمک به حمل بار لباس بیرونی را پوشیدند، نتایج چندان قابل پیش‌بینی نبود. برای برخی از شرکت‌کنندگان، لباس بیرونی نیروی وارده به تاندون آشیل را در حین راه رفتن به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد – در واقع، تقریباً انگار کوله‌پشتی سنگین حمل نمی‌کنند.اما سایر شرکت‌کنندگان تغییر کمی در نیروی تاندون آشیل دیدند که برخلاف انتظار محققان بود.

اشمیتز می‌گوید این نتایج مختلط می‌تواند تا حدی به دلیل تنوع در بین افراد باشد، زیرا افراد به کمک‌های فشار بیرونی اعمال‌شده واکنش متفاوتی نشان می‌دهند.

اشمیتز می‌گوید: «افراد مختلف به روش‌های متفاوتی نسبت به لباس‌های بیرونی واکنش نشان می‌دهند، بنابراین نمی‌توانیم فرض کنیم که یک کنترل‌کننده لباس بیرونی وجود دارد که برای همه کار می‌کند.»

“این تحقیق اهمیت اندازه گیری مستقیم نیروهای عضلانی و تاندون را نشان می دهد تا اطمینان حاصل شود که لباس بیرونی باعث تغییرات بیومکانیکی مورد انتظار می شود. تانسیومتر ما این اندازه گیری های in vivo را امکان پذیر می کند و می توان از آن به عنوان ابزاری قدرتمند برای تنظیم کنترل کننده های لباس بیرونی به طور موثر برای کاربران فردی در محیط های مختلف استفاده کرد..”