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科學(xué)家研發(fā)自供電織物 結(jié)合傳感器可幫助實時糾正人體姿勢

2022-07-06 15:06:12來源：cnBeta.COM 閱讀量：122 評論

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　　長期的不良姿勢可能會導(dǎo)致疼痛和不適，而且會增加患心血管疾病、視力問題、中風(fēng)和肌肉骨骼疾病的幾率。為了避免這些問題，并改善學(xué)生、久坐不動人群的健康，中國科學(xué)團隊近日創(chuàng)造了一種舒適、持久的自供電織物，可以與傳感器結(jié)合，幫助實時糾正姿勢。
 
　　該技術(shù)在最近發(fā)表在 Nano Research 上的一篇論文中進行了描述。論文作者、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所副研究員董凱說：“人們在日常生活中經(jīng)常以各種不良姿勢坐著，導(dǎo)致疼痛和不適。如果個人能夠通過穿著由智能紡織品制成的特定類型的服裝來觀察他們的實時坐姿，這種‘坐姿疾病’就可以得到緩解。通過我們開發(fā)的自供電坐姿監(jiān)測背心，用戶可以在屏幕上觀察他們的姿勢變化并進行必要的調(diào)整”。
 
　　這種織物叫做摩擦納米發(fā)電機 (TENG) ，利用運動來收集為姿勢監(jiān)測傳感器供電所需的能量，用于制造自供電織物。集成的機器學(xué)習(xí)算法分析傳感器收集的信息，并可以提供即時反饋，在用戶需要修改姿勢時通知用戶。
 
　　這種不尋常的織物是通過將尼龍纖維和導(dǎo)電纖維編織在一起制成的。當(dāng)用戶移動時，織物的纖維會被拉伸和壓縮。兩條纖維的不斷運動和接觸會產(chǎn)生電能，這種現(xiàn)象稱為接觸帶電。
 
　　面料易拉伸、耐用、可水洗、透氣，可長時間穿著舒適。這使其成為長期姿勢監(jiān)測的理想選擇。論文作者、美國佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院海塔學(xué)院院長、美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授表示，耐用性和舒適性等因素對于人們?nèi)绾问褂弥悄芗徔椘泛苤匾?br /> 
　　王教授表示：“靈活性、可拉伸性和彎曲能力都會影響可穿戴傳感器的舒適度。但這些因素也會影響織物的效果。由于其針織結(jié)構(gòu)，該織物表現(xiàn)出良好的拉伸性，這也增加了其輸出并產(chǎn)生更高的電壓”。
 
　　除了面料的舒適性，另一個重要方面是姿勢監(jiān)測的可靠性。傳感器直接縫合到織物中，沿著頸椎、胸椎和腰椎的位置。這些姿勢有助于收集最常見的懶散姿勢的數(shù)據(jù)，例如駝背姿勢。傳感器收集的數(shù)據(jù)隨后由機器學(xué)習(xí)算法進行解釋，該算法處理有關(guān)佩戴者坐姿的信息，對他們的坐姿進行分類，并在出現(xiàn)提示時監(jiān)控他們?nèi)绾渭m正姿勢。該系統(tǒng)能夠在 96.6% 的時間內(nèi)準(zhǔn)確識別佩戴者的姿勢。
 
　　憑借這種可穿戴性和精確度的結(jié)合，研究人員希望這款自供電監(jiān)控背心能夠幫助學(xué)生和久坐工作的人避免疼痛、不適和長期健康問題。董說： “我們相信基于 TENG 的自供電監(jiān)測背心為長期、無創(chuàng)監(jiān)測提供了可靠的醫(yī)療保健解決方案。這也拓寬了基于摩擦電的可穿戴電子產(chǎn)品的應(yīng)用”。
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