发布时间：2023-03-26 20:10:06 栏目：生活
苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种电子纱线，能够精确测量一个人的身体如何运动。纺织传感器直接集成到运动服或工作服中，可预测穿着者在体力消耗期间的疲惫程度。
疲惫使我们在锻炼或执行体力劳动时更容易受伤。由移动健康技术教授Carlo Menon领导的一组苏黎世联邦理工学院研究人员现在已经开发出一种纺织品传感器，可以实时测量一个人在体力消耗期间的疲惫程度。为了测试他们的新传感器，他们将其集成到一双运动紧身裤中。只需瞥一眼他们的智能手机，测试人员就能看到他们何时达到极限以及他们是否应该休息一下。这项新技术发表在《先进材料》杂志上。
苏黎世联邦理工学院已申请专利的这项发明可能为新一代智能服装铺平道路：目前市场上的许多产品都改装了传感器、电池或芯片等电子元件。除了推高价格外，这还使这些物品难以制造和维护。
相比之下，ETH研究人员的可拉伸传感器可以直接集成到弹性，贴身运动服或工作服的材料纤维中。这使得大规模生产更容易，更便宜。Menon强调了另一个好处：“由于传感器离身体如此之近，我们可以非常精确地捕捉身体运动，而佩戴者甚至没有注意到。
非凡的纱线
当人们感到疲倦时，他们的动作会有所不同——跑步也不例外：步幅会缩短，变得不那么规律。使用他们的新传感器，该传感器由一种特殊类型的纱线制成，ETH研究人员可以测量这种影响。
这一切都归功于纱线的结构——内纤维由导电的弹性橡胶制成。研究人员将一根包裹在薄薄一层塑料中的刚性电线缠绕成围绕这根内纤维的螺旋状。“这两种纤维充当电极并产生电场。它们一起形成一个可以容纳电荷的电容器，“Menon小组的博士后Tyler Cuthbert说，他在导致该发明的研发中发挥了重要作用。
智能跑步紧身裤
将这种纱线缝合到一双有弹性的跑步紧身裤的大腿部分，意味着它会随着穿着者的跑步以一定的节奏伸展和松弛。每次运动都会改变两根光纤之间的间隙，从而改变电场和电容器的电荷。
在正常情况下，这些电荷波动太小，无法帮助测量身体的运动。然而，这种纱线的特性绝不是正常的：“与大多数其他材料不同，我们的纱线在拉伸时实际上会变得更厚，”卡斯伯特说。因此，纱线对最小的运动更加敏感。稍微拉伸一下，传感器的电荷就会产生明显可测量的波动。这使得测量和分析运行形式的细微变化成为可能。
但是，这如何用于确定一个人的疲惫程度呢?在之前的研究中，Cuthbert和Menon观察了一系列测试人员，他们穿着配备类似传感器的运动紧身裤跑步。他们记录了随着跑步者越来越疲倦而电信号的变化。他们的下一步是将这种模式转化为能够预测跑步者疲惫的模型，现在可以用于他们的新型纺织传感器。但是，确保模型能够在实验室外做出准确的预测将需要大量额外的测试和大量的步态模式数据。
用于数据传输的纺织天线
为了使纺织品传感器能够将电信号发送到智能手机，研究人员为其配备了一个由导电纱制成的环形天线，该天线也直接缝在紧身裤上。“传感器和天线一起形成一个完全集成到衣服中的电路，”Menon小组的博士生Valeria Galli说。
电信号从可拉伸传感器传播到天线，天线以智能手机能够读取的特定频率传输。佩戴者奔跑，传感器移动，产生频率连续波动的信号模式，然后智能手机应用程序实时记录和评估。但研究人员仍有相当多的开发工作要做。
应用包括运动和工作场所
目前，研究人员正在努力将他们的原型转化为市场就绪的产品。为此，他们正在申请苏黎世联邦理工学院备受追捧的先锋奖学金之一。“我们的目标是使智能服装的制造具有成本效益，从而使更广泛的公众可以使用，”Menon说。他认为潜在的应用从运动延伸到工作场所 - 预防与疲惫相关的伤害 - 以及康复医学。
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