使用電子紗線傳感器集成智能運動服，可檢測運動消耗與疲憊

智能跑步緊身褲集成電子紡織品，可檢測運動疲憊

蘇黎世聯邦理工學院的研究人員開發了一種電子紗線，能夠精確測量一個人的身體如何運動。紡織傳感器直接集成到運動服或工作服中，可預測穿著者在體力消耗期間的疲憊程度。

可穿戴設備在學術和商業領域越來越受歡迎，因為很大一部分人口 - 健康研究人員到普通人群 - 能夠更好地利用從它們訪問的數據。傳感器基本改進的應用和轉化將改善診斷、監測、修復和性能。纖維形式的柔性和可拉伸軟傳感器對可穿戴設備應用很有吸引力，因為它們可以直接集成為構成我們衣服的紡織品的一部分，并將其變成多功能設備，或者用作外骨骼或機器人中的跟蹤或監控傳感器。

紡織品占我們日常穿著的大部分。可拉伸傳感器的集成并非易事，因為傳感器和紡織品之間的機械性能不匹配;機械性能的巨大差異會導致編織或針織問題，并可能在制造過程中對傳感器造成不可逆轉的損壞。已經報道了將傳感器直接集成到紡織品中的報道，盡管它們通常僅限于具有局限性的單一傳感機制。采用基于小針織機的解決方案（即紗線或線）的傳感技術的擴展仍然有限，能夠提供替代傳感機制的解決方案將擴大可穿戴設備所能實現的潛力。

例如，新型紡織品傳感器可用于預防與疲勞相關的運動損傷。

要點：

?新型紡織傳感器非常精確地測量身體運動，無需電池或芯片等電子元件。

?該傳感器集成到工作和運動服裝中，可以實時預測您在體力消耗期間的疲憊程度。

?傳感器由一種特殊的紗線制成，當您拉動它時會膨脹，從而產生電信號。

?紡織品傳感器可用于防止運動或工作場所中與疲勞相關的傷害。

疲憊使我們在鍛煉或執行體力勞動時更容易受傷。由疲憊使我們在鍛煉或執行體力勞動時更容易受傷。一組蘇黎世聯邦理工學院的研究人員，由蘇黎世聯邦理工學院負責人Carlo Menon教授領導。負責人Carlo Menon教授領導的一組蘇黎世聯邦理工學院研究人員現在已經開發出一種紡織品傳感器，可以實時測量一個人在體力消耗期間的疲憊程度。為了測試他們的新傳感器，他們將其集成到一雙運動緊身褲中。只需瞥一眼他們的智能手機，測試人員就能看到他們何時達到極限以及他們是否應該休息一下。

蘇黎世聯邦理工學院已申請專利的這項發明可能為新一代智能服裝鋪平道路：目前市場上的許多產品都改裝了傳感器、電池或芯片等電子元件。除了推高價格外，這還使這些物品難以制造和維護。

相比之下，ETH研究人員的可拉伸傳感器可以直接集成到有彈性，貼身運動服或工作服的材料纖維中。這使得大規模生產更容易，更便宜。Menon強調了另一個好處：“由于傳感器離身體如此之近，我們可以非常精確地捕捉身體運動，而佩戴者甚至沒有注意到。

非凡的紗線

當人們感到疲倦時，他們的動作會有所不同——跑步也不例外：步幅會縮短，變得不那么規律。使用他們的新傳感器，該傳感器由一種特殊類型的紗線制成，ETH研究人員可以測量這種影響。

這一切都歸功于紗線的結構：內部纖維由導電彈性橡膠制成。研究人員將一根包裹在薄薄一層塑料中的剛性電線纏繞成圍繞這種內纖維的螺旋狀。“這兩種纖維充當電極并產生電場。它們一起形成一個可以容納電荷的電容器，“Menon小組的博士后Tyler Cuthbert說，他在導致該發明的研發中發揮了重要作用。

智能跑步緊身褲

將這種紗線縫合到一雙有彈性的跑步緊身褲的大腿部分，意味著它會隨著穿著者的跑步以一定的節奏伸展和松弛。每次運動都會改變兩根光纖之間的間隙，從而改變電場和電容器的電荷。

Laufhose：膝蓋上方的紡織傳感器連接到嵌入腰帶中的天線。它們共同形成一個可用于測量運動的電路。

在正常情況下，這些電荷波動太小，無法幫助測量身體的運動。然而，這種紗線的特性絕不是正常的：“與大多數其他材料不同，我們的紗線在拉伸時實際上會變得更厚，”卡斯伯特說。因此，紗線對最小的運動更加敏感。即使稍微拉伸它，也會在傳感器的電荷中產生明顯的微不足道的波動。這使得測量和分析運行形式的細微變化成為可能。

但是，這如何用于確定一個人的疲憊程度呢？在之前的研究中，Cuthbert和Menon觀察了一系列測試人員，他們穿著配備類似傳感器的運動緊身褲跑步。他們記錄了隨著跑步者越來越疲倦而電信號的變化。他們的下一步是將這種模式轉化為能夠預測跑步者疲憊的模型，現在可以用于他們的新型紡織傳感器。但是，確保模型能夠在實驗室外做出準確的預測將需要大量額外的測試和大量的步態模式數據。

用于無線數據傳輸的紡織天線

為了使紡織品傳感器能夠將電信號無線發送到智能手機，研究人員為其配備了一個由導電紗制成的環形天線，該天線也直接縫在緊身褲上。“傳感器和天線一起形成一個完全集成到衣服中的電路，”Menon小組的博士生Valeria Galli說。

紡織傳感器和天線形成電路。當傳感器伸展時，天線會發送智能手機可以讀取的信號。

天線直接環形縫在材料上。

電信號從可拉伸傳感器傳播到天線，天線以智能手機能夠讀取的特定頻率傳輸。佩戴者奔跑，傳感器移動，產生頻率連續波動的信號模式，然后智能手機應用程序實時記錄和評估。但研究人員仍有相當多的開發工作要做。

應用包括運動和工作場所

目前，研究人員正在努力將他們的原型轉化為市場就緒的產品。為此，他們正在申請蘇黎世聯邦理工學院備受追捧的先鋒獎學金之一。“我們的目標是使智能服裝的制造具有成本效益，從而使更廣泛的公眾可以使用，”Menon說。他認為潛在的應用范圍從體育延伸到工作場所 - 預防與疲憊相關的傷害 - 以及康復醫學。