Мягкая и гибкая сенсорная система, созданная из электропроводящей пряжи, может помочь выявить проблемные точки давления в гнезде протеза конечности инвалида, сообщают исследователи из Университета штата Северная Каролина в новом исследовании.

В журнале IEEE Sensors Journal исследователи из Университета штата Северная Каролина сообщили о легком и мягком текстильном прототипе сенсора. Устройство представляет собой решетку из проводящих нитей и подключено к крошечному компьютеру. Они протестировали систему на протезе конечности и в экспериментах по ходьбе с двумя людьми-добровольцами, обнаружив, что система может надежно отслеживать изменения давления в реальном времени.

«Для измерения давления в протезах люди обычно используют жесткие датчики», — сказал первый автор исследования Джордан Табор, аспирант текстильного колледжа штата Северная Каролина. «Они твердые, они громоздкие, они могут быть тяжелыми. Люди с ампутированными конечностями не могут использовать их каждый день, потому что жесткие датчики отрицательно влияют на посадку протезов инвалидов. Жесткие датчики также могут вызывать дискомфорт. А новинку можно интегрировать в текстиль таким образом, чтобы не причинять дополнительный дискомфорт пользователю, и их можно было бы носить более регулярно».

В одном эксперименте исследователи проверили, может ли пластырь обнаруживать изменения давления, когда они помещают его на протез, повернутый под разными углами. Затем они использовали его для проверки изменений давления, когда здоровый человек носил пластырь датчика во время ходьбы с адаптером для согнутых колен и при перемещении веса между ног.

В последнем эксперименте доброволец с ампутированной голенью носил пластырь на подкладке протеза конечности в тех областях, где протез обычно оказывает более высокое давление. Они протестировали накладку датчика, пока доброволец переносил вес и ходил по беговой дорожке, и обнаружили, что система долговечна и может надежно отслеживать изменения давления в гнезде.

«Этот подход, о котором мы думали несколько лет назад, действительно работает, и это легко производимая технология», — сказал Тушар Гош, соавтор исследования. «Вы не можете класть рядом с кожей материалы, которые неудобны и могут быть небезопасными. Поэтому мы кладем вещи, которые используются вокруг нас все время, мягкие и гибкие». Гош — заслуженный профессор текстильной инженерии, химии и науки Уильяма А. Клопмана в Текстильном колледже Уилсона штата Северная Каролина.

Часть работы исследователей заключалась в том, чтобы сделать сенсорную систему легкой и достаточно маленькой для использования человеком. Работа была результатом сотрудничества исследователей в области текстильной, электрической, компьютерной и биомедицинской инженерии из штата Северная Каролина. Эксперименты на людях проводились исследователями реабилитационной инженерии под руководством Хелен Хуанг.

Они создали сенсорную накладку, сшив пряжу вместе таким образом, что они создали электромагнитное поле. Когда исследователи сшили нити в решетку и применили небольшое количество электроэнергии с помощью небольшой батареи, они обнаружили, что могут измерить количество электрического заряда, соединяющего нити в каждой точке решетки. Заряды меняются в зависимости от того, насколько близко пряжи расположены друг к другу, что связано с тем, какое давление оказывает пользователь. Они соединили нити, изолировали их, уложили на текстильную ткань и подключили к небольшому электронному устройству для сбора данных. Они также включали небольшой радиоприемник для беспроводного отслеживания измерений.

«Мы подключили текстильные волокна к электрической цепи размером чуть больше четверти, которая может сканировать до 10 на 10 волокон», — сказал соавтор исследования Альпер Бозкурт, профессор электротехники в NC State. «Это дает нам 100 точек измерения. Все подключено к крошечному микрокомпьютеру, у которого есть радио для беспроводного отслеживания данных».

В то время как исследователи использовали пряжу, которая была коммерчески доступной для исследования, они также работают над разработкой собственного текстильного волокна, чтобы обнаруживать не только изменения давления в лунке протеза конечности инвалида.

Следующим шагом в проекте является интеграция датчиков непосредственно в протезные разъемы или в носимый предмет. Им также необходимо будет изучить потенциальную клиническую ценность сенсора в более крупном исследовании.

«Наше более широкое видение — разработать что-то вроде носка или интегрировать сенсорную систему в протез, чтобы, когда человек надевает протез, он может отслеживать происходящее с точки зрения распределения давления и других измерений», — сказал Хуанг.