Світний текстиль навчився вимірювати тиск і зсув усередині протеза в реальному часі
Одна з найскладніших частин протезування нижньої кінцівки — не сам механізм протеза, а місце контакту між залишком кінцівки та гніздом. Під час ходьби там виникає не лише прямий тиск, а й сили зсуву, які діють уздовж поверхні шкіри. Інженери Purdue University разом із колегами з University of Notre Dame створили текстильну систему, що може вимірювати обидва типи навантаження безпосередньо всередині гнізда.
Основою розробки стали м’які сенсори, виготовлені машинною вишивкою. У тканину вшивають електроди з провідної нитки, а між ними формується ємнісна структура з іонним гелем. На відміну від жорстких датчиків, таку систему можна розташувати на текстильній оболонці, не змінюючи суттєво форму протеза і не додаючи великого об’єму в дуже обмеженому просторі.
Сенсор розрізняє два різні типи навантаження
Конструкція має один великий верхній електрод і чотири менші нижні електроди, розташовані секторами. Коли на сенсор діє звичайне стискання, ємність у всіх секторах змінюється приблизно однаково. Якщо до стискання додається зсув у певному напрямку, зміни стають асиметричними. За цією різницею електроніка може визначити не лише силу, а й напрямок бокового навантаження.
Це важлива деталь, адже надмірний тиск і тертя можуть спричиняти подразнення, пошкодження тканин та біль. Традиційна підгонка протеза значною мірою спирається на відчуття людини та досвід спеціаліста. Об’єктивна карта сил під час ходьби, стояння чи зміни пози може показати проблемні ділянки ще до того, як дискомфорт стане серйозним.
Випробування провели за участю людини з ампутацією нижче коліна. Масив сенсорів розмістили в текстильній оболонці всередині гнізда. Дані передавалися через Bluetooth на портативний пристрій, де їх можна було відобразити у вигляді карти. Паралельно команда використала текстильний електролюмінесцентний дисплей: рівні навантаження показувалися світними вишитими пікселями на тканині.
Систему перевірили навіть у пральній машині
Для носимої електроніки лабораторна точність — лише половина завдання. Тканина повинна згинатися, контактувати зі шкірою та витримувати регулярне очищення. Сенсори поміщали в водопроникний захисний мішок і провели понад 30 повних циклів машинного прання з полосканням і віджимом із використанням звичайного рідкого мийного засобу.
Ще одна перевага — спосіб виготовлення. Електроди формуються стандартним машинним вишиванням із поліестеровою та посрібленою провідною ниткою. Теоретично це дає можливість змінювати розташування сенсорів під конкретну геометрію гнізда, розмір кінцівки та характер навантажень, не створюючи щоразу нову електронну плату.
Розробка не означає, що майбутні протези автоматично підлаштовуватимуться без участі протезиста. Але вона створює новий канал даних: замість окремих вимірювань під час примірки можна отримувати детальну картину того, що відбувається під час звичайної активності. У перспективі це може допомогти точніше налаштовувати гнізда, порівнювати різні конструкції та швидше помічати небезпечні зони навантаження.
