過(guò)早出生的兒童經(jīng)常發(fā)生神經(jīng)運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知發(fā)育障礙。減少這些殘疾影響的最佳方法是通過(guò)一系列認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)測(cè)試盡早發(fā)現(xiàn)它們。但是準(zhǔn)確地測(cè)量和記錄小孩的運(yùn)動(dòng)功能是很棘手的。正如任何一位家長(zhǎng)會(huì)告訴你的那樣，幼兒往往不喜歡戴在他們手上的笨重裝置，并且喜歡攝取他們不應(yīng)該做的東西。

哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種柔軟，無(wú)毒的可穿戴傳感器，可以不顯眼地附著在手上，測(cè)量抓握力和手和手指的運(yùn)動(dòng)。

該研究發(fā)表在Advanced Functional Materials上，是哈佛John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)，Wyss生物啟發(fā)工程研究所，Beth Israel Deaconess醫(yī)學(xué)中心和波士頓兒童醫(yī)院的合作。

傳感器的一個(gè)新穎元素是無(wú)毒，高導(dǎo)電性的液體溶液。

“我們開(kāi)發(fā)了一種新型導(dǎo)電液體，它不比一小滴鹽水更危險(xiǎn)，”SEAS的研究生，該論文的第一作者Siyi Xu說(shuō)。“它的導(dǎo)電性比以前的生物相容性解決方案高四倍，從而使數(shù)據(jù)更清晰，噪音更小。”

哈佛大學(xué)的技術(shù)開(kāi)發(fā)辦公室已經(jīng)提交了與新型軟傳感器架構(gòu)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)組合，并正在尋求這些技術(shù)的商業(yè)化機(jī)會(huì)。

傳感溶液由碘化鉀(一種常見(jiàn)的膳食補(bǔ)充劑)和甘油(一種常見(jiàn)的食品添加劑)制成。在短暫的混合期后，甘油破壞碘化鉀的晶體結(jié)構(gòu)并形成鉀陽(yáng)離子(K +)和碘離子(I-)，使液體導(dǎo)電。因?yàn)楦视途哂斜人偷恼舭l(fā)速率，并且碘化鉀具有高度可溶性，所以液體在一系列溫度和濕度水平下都是穩(wěn)定的并且具有高導(dǎo)電性。

“以前的生物相容性軟傳感器是使用氯化鈉 - 甘油溶液制成的，但這些溶液的電導(dǎo)率很低，這使得傳感器數(shù)據(jù)非常嘈雜，而且制備時(shí)間也需要大約10個(gè)小時(shí)，”Xu說(shuō)。“我們將其縮短到大約20分鐘，并獲得非常干凈的數(shù)據(jù)。”

傳感器的設(shè)計(jì)也考慮到了兒童的需要。硅橡膠傳感器位于手指頂部和指墊上，而不是笨重的手套。

“我們經(jīng)常看到早產(chǎn)兒或早期發(fā)育障礙的兒童皮膚高度敏感，”該研究的合著者，波士頓兒童醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院行為科學(xué)項(xiàng)目副教授Eugene Goldfield說(shuō)。哈佛大學(xué)Wyss學(xué)院的學(xué)院和副教授。“通過(guò)堅(jiān)持手指的頂部，這個(gè)設(shè)備提供準(zhǔn)確的信息，同時(shí)繞過(guò)孩子手的靈敏度。”

Goldfield是Wyss Institute靈活電子幼兒項(xiàng)目的首席研究員，該項(xiàng)目為過(guò)早出生且有腦癱風(fēng)險(xiǎn)的幼兒設(shè)計(jì)模塊化機(jī)器人系統(tǒng)。

Goldfield和他的同事目前使用SEAS和Wyss的運(yùn)動(dòng)捕捉實(shí)驗(yàn)室研究運(yùn)動(dòng)功能。雖然動(dòng)作捕捉可以說(shuō)明很多動(dòng)作，但它無(wú)法測(cè)量力量，這對(duì)診斷神經(jīng)運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知發(fā)育障礙至關(guān)重要。

“早期診斷是治療這些發(fā)育障礙時(shí)游戲的名稱，這種可穿戴傳感器可以為我們提供目前尚無(wú)法獲得的許多優(yōu)勢(shì)，”Goldfield說(shuō)。

本文僅在成人手上測(cè)試了該設(shè)備。接下來(lái)，研究人員計(jì)劃縮小設(shè)備并在兒童手上進(jìn)行測(cè)試。

“量化復(fù)雜人類運(yùn)動(dòng)的能力為我們提供了前所未有的診斷工具，”SEAS工程與應(yīng)用科學(xué)Charles River教授，Wyss研究所創(chuàng)始核心學(xué)院成員，該研究的高級(jí)作者Rob Wood說(shuō)。“對(duì)幼兒運(yùn)動(dòng)技能發(fā)展的關(guān)注為如何將許多傳感器集成到小巧，輕便且不引人注目的可穿戴設(shè)備中提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這些新傳感器解決了這些挑戰(zhàn) - 如果我們能夠?yàn)檫@樣一個(gè)要求創(chuàng)造可穿戴傳感器任務(wù)，我們相信這也將在診斷，治療，人機(jī)界面和虛擬現(xiàn)實(shí)中開(kāi)辟應(yīng)用。“