Tufts Üniversitesi’ndeki mühendisler, boynun hareketini ölçebilen, başın yönü, dönüş açısı ve yer değiştirme derecesi hakkında veri sağlayan esnek, iplik tabanlı sensörler oluşturdular. Keşif, Tufts ekibine göre atletik performansı ölçebilen, işçi veya sürücü yorgunluğunu izleyebilen, fizik tedaviye yardımcı olabilen, sanal gerçeklik oyunlarını ve sistemlerini geliştirebilen ve bilgisayar tarafından oluşturulan görüntüleri iyileştirebilen ince, göze çarpmayan dövme benzeri yamalar için potansiyeli artırıyor. Bugün Scientific Reports’ta açıklanan teknoloji, Tufts mühendisleri tarafından geliştirilen, tekstile dokunabilen, ortamdaki gazları ve kimyasalları veya ter içindeki metabolitleri ölçebilen, artan sayıda iplik bazlı sensörlere katkıda bulunuyor.
Araştırmacılar deneylerinde, bir deneğin boynunun arkasına “X” şeklinde iki iplik yerleştirdiler. Elektriksel olarak iletken karbon bazlı bir mürekkeple kaplanmış sensörler, iplikler büküldüğünde hareketi algılar ve elektriği iletme şekillerini değiştiren gerilim yaratır. Denek bir dizi kafa hareketi gerçekleştirdiğinde, teller küçük bir Bluetooth modülüne sinyaller gönderdi ve ardından verileri analiz için kablosuz olarak bir bilgisayara veya akıllı telefona iletir.
Karbon mürekkep kaplı ipliklerin taranan elektron mikroskobu (Solda düz iplik). Kaplanmış ipliklerin bükülmesi, elektriksel iletkenliklerini değiştiren gerilim yaratır (sağda) – deformasyon derecesini hesaplamak için kullanılabilecek bir miktar (ölçek çubuğu 200 mikron) Yiwen Jiang, Tufts Üniversitesi
Veri analizi, sinyalleri yorumlamak ve kafa hareketlerini gerçek zamanlı olarak % 93 doğrulukla ölçmek için gelişmiş makine öğrenimi yaklaşımlarını içermektedir. Bu şekilde, sensörler ve işlemci, kablolardan, hantal cihazlardan veya kamera kullanımı veya bir odaya veya laboratuar alanına hapsetme gibi sınırlayıcı koşullardan etkilenmeden hareketi izler.
Araştırmacılara göre, algoritmaların vücuttaki her konum için uzmanlaşması gerekse de, ilkenin kanıtı, iplik sensörlerinin diğer uzuvlardaki hareketleri de ölçmek için kullanılabileceğini gösteriyor. İplikleri içeren cilt yamaları veya hatta forma uyan giysiler, tarla, işyeri veya sınıf gibi ölçümlerin en uygun olduğu ortamlarda hareketi izlemek için kullanılabilir. Bir kameraya ihtiyaç duyulmaması, ek olarak gizlilik sağlamaktadır.
Tufts Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nde bir lisans öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı olan Yiwen Jiang, “Bu, sağlığımızı, performansımızı ve çevremizi müdahaleci olmayan bir şekilde izleyen sensörleri nasıl yapabileceğimizin umut verici bir göstergesidir” dedi. “Sensörlerin kapsamını ve hassasiyetini iyileştirmek için daha fazla çalışma yapılması gerekiyor, bu durumda düzenli aralıklarla yerleştirilmiş veya bir modelde düzenlenmiş daha geniş bir dizi iş parçacığından veri toplamak ve eklemli hareketin nicelleştirilmesini iyileştiren algoritmalar geliştirmek anlamına gelebilir.”
Diğer giyilebilir hareket sensörü tasarımları, nesnenin çevresine göre hareketini algılamak için 3 eksenli jiroskopları, ivmeölçerleri ve manyetometreleri içerir. Bu sensörler, vücudun nasıl hızlandığını, döndüğünü veya yukarı ve aşağı hareket ettiğini ölçen atalet ölçümlerine dayalıdır ve daha hantal ve daha rahatsız edici olma eğilimindedir. Örneğin diğer sistemlerde baş hareketini ölçmek için bir sensörün alnın üzerine, diğerinin de omurların üzerine boynun üzerine yerleştirilmesi gerekir. Ekipmanın rahatsız edici şekilde yerleştirilmesi, deneklerin serbest hareketine veya basitçe ölçüldüğünün bilincinde olmama rahatlığına müdahale edebilir.
Atletik alan gibi durumlar için, yeni iplik tabanlı sensör paradigması bir oyun değiştirici olabilir. Farklı eklemlere ince dövme benzeri yamalar yerleştirerek, bir sporcu fiziksel hareketlerini ve formlarını tespit etmek için hareket sensörleri taşıyabilirken, Tufts ekibi tarafından daha önceki çalışmalarda açıklanan iplik tabanlı ter sensörleri de potansiyel olarak elektrolitlerini, laktatlarını ve diğer biyolojik performans belirteçlerini izleyebilir.
Yolda, bir iplik sensörü yaması, kamyon sürücüsünün yorgunluğunu veya operatörün uyanıklığını takip etmenin kritik olduğu diğer durumları uyararak, uyuyacak birinin baş hareketlerini izleyebilir.
Jiang, “Bu teknolojiyi daha ileri götürürsek, sağlık hizmetlerinde de geniş bir uygulama yelpazesi olabilir” dedi. Örneğin, Parkinson hastalığını ve diğer nöromüsküler hastalıkları araştıranlar, durumları ve tedavilerin etkinliği hakkında veri toplamak için normal ortamlarında ve günlük yaşamlarında deneklerin hareketlerini de takip edebilirler. ”
Tufts Nanolab’ın müdürü Tufts Mühendislik Fakültesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Sameer Sonkusale, “İplik bazlı sensörler oluşturmadaki amaç, onları takan kişi söz konusu olduğunda onları “ortadan kaldırmaktır,” dedi. “Hareketi ölçebilen kaplamalı bir iplik yaratmak, Yiwen’in bu buluşu bir lisans öğrencisi olarak geliştirmesiyle daha da kayda değer bir başarıdır. Teknolojiyi iyileştirmeyi ve birçok olasılığını keşfetmeyi dört gözle bekliyoruz.”