在織物柔性傳感器領(lǐng)域,目前更多的是以壓力和溫度面積物理量檢測(cè)為主的產(chǎn)品。不久,在這一領(lǐng)域會(huì)創(chuàng)造出越來越多的創(chuàng)新應(yīng)用,如智能服裝鞋襪,背包,汽車座椅,床墊等等,只有你想不到的,沒有做不到的。就在去年上半年的時(shí)候,香港理工大學(xué)紡織與制衣學(xué)系提出了基于織物壓力傳感器的智能鞋系統(tǒng),用于測(cè)量并記錄足底壓力分布,溫濕度,三維加速度信息。它在試穿試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的準(zhǔn)確度、重復(fù)性和舒適度,可用于24小時(shí)或以上長期動(dòng)態(tài)足部測(cè)試。
足部信息包括足底壓力、剪切力、溫濕度、步態(tài)模式等對(duì)于足部研究,相關(guān)疾病診斷、人體生理狀況評(píng)估、以及鞋類設(shè)計(jì)都有極其重要作用。作為最重要的足部信息:足底壓力主要用于鞋類設(shè)計(jì)和舒適度評(píng)估;運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練,比如平衡、步法、前腳落地站立等訓(xùn)練;步態(tài)分析及復(fù)健,包括正常步態(tài)、內(nèi)外八字,腳掌外翻,帕金森癥,中風(fēng)病人失衡等;病理足檢測(cè),比如扁平足、糖尿病足、足內(nèi)翻外翻等。
足部信息特別是足底壓力的時(shí)空分布,對(duì)于鞋類設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、步態(tài)和足部相關(guān)疾病的診療具有重要意義。但是,目前現(xiàn)有的足底信息測(cè)試系統(tǒng)無法提供簡便舒適的長時(shí)間戶外監(jiān)測(cè),僅限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或者醫(yī)院診所中使用。
目前,足部信息測(cè)量系統(tǒng)主要包括兩類:平臺(tái)系統(tǒng)和鞋內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)。平臺(tái)系統(tǒng)通常嵌入在走道中,比如Novel公司的EMED傳感器矩陣平臺(tái),廣泛地應(yīng)用于糖尿病足的臨床測(cè)試,實(shí)驗(yàn)室的步態(tài)研究等。
這一類測(cè)試設(shè)備僅限于室內(nèi)的赤腳測(cè)量。鞋內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)可以記錄鞋內(nèi)的腳底壓力,比如Tekscan公司的F-scan設(shè)備和Novel公司的Pedar系統(tǒng),都在臨床和實(shí)驗(yàn)研究中廣泛應(yīng)用。但是這兩套測(cè)試系統(tǒng)都要求測(cè)試者佩戴沉重碩大的處理模塊以及復(fù)雜的連線,造成測(cè)試者在運(yùn)動(dòng)過程中不方便和不舒適,影響正常步態(tài)以至于影響測(cè)試結(jié)果。該研究領(lǐng)域也有學(xué)者發(fā)明出無線鞋底測(cè)試系統(tǒng),消除了復(fù)雜連線對(duì)測(cè)試者的影響。此類系統(tǒng)主要采用壓電薄膜,壓敏電阻,但此類傳感元件抗疲勞性能差,易折損,無法長期多次使用。目前的研究多局限于實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院內(nèi),室外環(huán)境下長期測(cè)量的報(bào)告較少。
為了檢測(cè)到各種運(yùn)動(dòng)的長期足底信息,測(cè)試系統(tǒng)需要具備以下的條件:系統(tǒng)的可穿戴性;傳感元件具有較高的準(zhǔn)確度及較好的抗疲勞性能,適合長期多次使用;舒適度和簡便性,以降低系統(tǒng)對(duì)測(cè)試者正常步態(tài)的干擾;無線傳輸以降低系統(tǒng)連線復(fù)雜度?;谶@4點(diǎn)要求,香港理工大學(xué)紡織與制衣學(xué)系的小組成員們提出了基于織物壓力傳感器的智能鞋系統(tǒng),適用于長期連續(xù)的動(dòng)態(tài)足底信息監(jiān)測(cè)。
香港理工大學(xué)紡織與制衣學(xué)系研究小組利用碳納米涂層導(dǎo)電織物,研發(fā)了一系列的柔性織物壓力傳感器,并且已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)??椢飰毫鞲衅鞑捎霉枘z封裝,防塵防濕。柔軟度接近人體皮膚,可以保證日?;顒?dòng)中的穿戴舒適度。高靈敏度可以簡化后端的處理電路,提高測(cè)量精度。其良好的抗疲勞性能對(duì)于長期測(cè)量極其重要,適合于鞋底的長期穿著。
織物壓力傳感器和溫濕度傳感器都集成在鞋墊中。其位置通過F-scan系統(tǒng)檢測(cè)到的足底高壓部位和醫(yī)生建議的功能測(cè)量部位決定??椢飰毫鞲衅鞅火そY(jié)在柔性軟線路板上,并與鞋墊黏合,配置無限區(qū)域傳感網(wǎng)絡(luò),采用藍(lán)牙將傳感數(shù)據(jù)傳送到智能手機(jī)上,并通過Wi-Fi轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)中心?;诳椢飰毫鞲衅鞯闹悄苄到y(tǒng),適用于長期動(dòng)態(tài)足底信息監(jiān)測(cè),包括足底壓力分布,溫濕度和三維加速度信息。研發(fā)了不同的智能鞋版本,適用于普通人、糖尿病人、帕金森病人等的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以在智能手機(jī),電腦中顯示、處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明智能鞋系統(tǒng)穿著舒適度達(dá)到合格以上標(biāo)準(zhǔn)。
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