Э

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 9650 (2022 г.) Цитировать эту статью

2113 Доступов

6 цитат

Подробности о метриках

Мы представляем новую конструкцию костюма для поверхностной электромиографии (пЭМГ) на основе электронного текстиля, который включает в себя эластичные проводящие ткани в качестве электродов и межсоединений внутри спортивной компрессионной одежды. Подход к изготовлению и сборке представляет собой простую комбинацию лазерной резки и ламинирования термопрессом, которая обеспечивает быстрое прототипирование конструкций в типичной исследовательской среде без необходимости использования какого-либо специализированного оборудования для производства текстиля или одежды. Используемые материалы устойчивы к износу, устойчивы к высоким нагрузкам, возникающим при изготовлении одежды, и их можно стирать в машине. Костюм производит сигнал сЭМГ по качеству, сравнимый с качеством обычных клейких электродов, но с повышенным комфортом, долговечностью и возможностью повторного использования. Встроенная электроника обеспечивает преобразование, усиление, оцифровку и обработку сигналов для преобразования необработанных сигналов ЭМГ в оценку уровня усилия для сгибания и разгибания локтевых и коленных суставов. Ожидается, что подход, который мы подробно описываем здесь, будет применим к множеству других электрофизиологических датчиков.

Мониторинг биопотенциального сигнала мышечной активности, обычно называемый электромиографией (ЭМГ), позволяет динамично, быстро определять и сообщать о местоположении и интенсивности движений в организме человека. Этот мощный метод использовался для таких приложений, как контроль протезов1,2,3, мониторинг состояния здоровья4,5,6 и прозрачные человеко-машинные интерфейсы7,8,9. Хотя существуют инвазивные формы ЭМГ, неинвазивная поверхностная электромиография (пЭМГ) является более распространенной и приемлемой для большинства применений. Текущий золотой стандарт пЭМГ предполагает ручное крепление привязанных временных гелевых электродов к коже с помощью клея. Хотя эта технология хорошо зарекомендовала себя и дает сигналы высокой точности, ее зависимость от проводящих гелей и громоздких систем сбора данных снижает срок ее службы, комфорт и практичность для продольного мониторинга. Таким образом, существует необходимость в разработке датчиков пЭМГ лабораторного качества, которые эргономично интегрируются в высокоэффективную одежду.

Чтобы решить эту проблему, значительные исследовательские усилия были направлены на разработку и оптимизацию носимой одежды, в которой используется электронный текстиль (электронный текстиль). В отличие от систем на основе хлорида серебра (Ag-AgCl), эти носимые предметы одежды с ЭМГ представляют собой гибридные схемы, которые включают в себя гибкие электроды и межсоединения на основе электронного текстиля10,11,12,13,14. Существует множество методов включения проводящих материалов в одежду, включая вышивку проводящими волокнами15,16,17,18,19, печать проводящими чернилами20,21,22,23,24,25 и использование клеев для прикрепления проводящих тканей к текстилю26. Из этих хорошо зарекомендовавших себя техник наиболее часто используются вышивка и печать. Однако они требуют специальных навыков для создания сложных, снимающих напряжение моделей и инструментов, специфичных для швейной промышленности, которые недоступны для средней лаборатории исследовательского уровня. Лишь немногие исследования представляют полностью интегрированные системы большой площади со сквозной оптимизацией качества и технологичности. Примечательными исключениями из этого правила являются целевые коммерческие платформы с непрозрачными, автономными системами, которые являются дорогостоящими и блокируют доступ к необработанным, необработанным данным. Напротив, наш подход на основе клея основан на горячем ламинировании для прикрепления проводящих тканей к основному текстилю, что является гораздо более простым подходом к изготовлению одежды. Кроме того, как показано в этой работе, этот подход может быть легко расширен для создания простого соединения текстиля с печатной платой с помощью гибких выводов печатной платы для передачи сигнала на бортовую электронику.

Соответственно, чтобы демократизировать высококачественные костюмы для sEMG большой площади, в этой работе мы представляем надежную, масштабируемую и полностью интегрированную модульную одежду sEMG на основе электронного текстиля, изготовленную из легкодоступных коммерческих материалов. Мы тщательно оптимизируем материалы и конструкцию каждого компонента, характеризуем электрические характеристики во время нагрузки и воздействия, а также количественно измеряем уровень усилий для бицепса/трицепса, квадрицепса/подколенного сухожилия и передней большеберцовой/икроножной мышцы. Помимо нашего непосредственного интереса к пЭМГ на основе текстиля, наш подход создает путь для интеграции высокоточных кожных электродов и межсоединений для различных физиологических датчиков, включая электрокардиограмму (ЭКГ), электроэнцефалографию (ЭЭГ) и кожно-гальваническую реакцию (КГР).