有助于運動訓練和理療的智能織物

美國達特茅斯學院（Dartmouth college）計算機科學研究小組開發出一種智能面料，可幫助運動員和理療患者糾正手臂角度，從而優化性能、減少傷害并加速康復。文中提及的織物傳感系統是一種柔性的、運動數據收集型織物，用于監測關節旋轉狀態下的肌肉組織運動狀態。可穿戴設備的輕量級、低成本且可洗滌并感覺舒適特點，成為各種運動的參與者或病人療傷的理想選擇。相關的研究發表在關于ACM互動、移動、可穿戴等方面的技術論文集上。

人們穿著的衣服可成為測試相關連續感知的媒介，能提供完美的數據，這就是今天的科學。研究表明，可穿戴設備通過基本的現成面料就可獲得高水平的數據采集性能和精度。在訓練指導和理療方面，人在運動中的關節準確監測至關重要；對運動員來說，手臂彎曲的角度都很重要，從棒球投手到網球運動員，長期的監控感知可幫助教練分析動作并提供指導意見；對受傷的運動員或其他理療患者，這種監測可幫助醫生評估醫療和理療的療效。

為了能對廣大穿戴者有效，這類可穿戴設備的傳感器需要便攜、舒適，且能夠感知細微的運動，以達到高水平的精度。換句話說，沒有智能傳感器，長期監測訓練或治療就行不通。

雖然人體關節監測技術早已存在，但它可能需要對環境或剛性傳感器進行嚴格的檢測。其他電子紡織顯示器需要嵌入式電子設備，且只能達到低分辨率效果。該研究小組專注于提高傳感能力和可靠性，同時使用低成本、現成的織物，無需額外的電子傳感器。極簡的方法使其僅需要價格50美元左右的面料，這就為低成本創造了條件。

只要比一些運動衫便宜，醫生和教練就可以使用智能織物傳感系統，幫助他們的訓練對象或患者提高運動績效或生活質量。為設計出可穿戴顯示器，研究小組使用了尼龍、彈性纖維和鍍銀紗織物作為導電材料。原型被裁剪成兩種尺寸，并裝有微控制器，可很容易分離，以接收織物電阻數據。這類微控制器在未來可進一步小型化，以便裝入小型按鈕。

該系統依靠可拉伸織物來感知皮膚變形，而壓力織物則在關節運動時感知其程度。基于此信息，它通過阻力的變化來確定關節旋轉角度。導電織物通過包裹關節感覺關節的運動。

在一項10名參與者的測試中，模型在重建肘關節角度時實現了極低中位誤差，僅為9.69°。這種精度水平對限制患者關節活動范圍的康復應用非常有用。這類織物為獲得測試者在舒適性、靈活性、運動和使用方便上創造了高分值。

試驗還表明，這種織物完全可洗，因穿戴帶來的負面影響甚小。測試人員甚至預見這種方法可用于大運動范圍的活動，如瑜伽或體操。所有參與者都表示，他們愿意以相對便宜的價格購買這樣一套系統。雖然這是只為肘關節量身定做的原型，但在膝關節、肩關節和其他重要關節的治療上它也有成功的潛力。未來的模型也可切割，以更好地減少織物起皺，這可能會影響傳感性能，但不會太大。該團隊還將測量汗水對傳感性能的影響。

(據美國《科學日報》https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190408124154.htm近期資料）