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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(shí)時(shí)糾正人體姿勢(shì)

2022-07-06 15:06:12來(lái)源：cnBeta.COM 閱讀量：113 評(píng)論

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　　長(zhǎng)期的不良姿勢(shì)可能會(huì)導(dǎo)致疼痛和不適，而且會(huì)增加患心血管疾病、視力問(wèn)題、中風(fēng)和肌肉骨骼疾病的幾率。為了避免這些問(wèn)題，并改善學(xué)生、久坐不動(dòng)人群的健康，中國(guó)科學(xué)團(tuán)隊(duì)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(shí)時(shí)糾正姿勢(shì)。
 
　　該技術(shù)在最近發(fā)表在 Nano Research 上的一篇論文中進(jìn)行了描述。論文作者、中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所副研究員董凱說(shuō)：“人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常以各種不良姿勢(shì)坐著，導(dǎo)致疼痛和不適。如果個(gè)人能夠通過(guò)穿著由智能紡織品制成的特定類(lèi)型的服裝來(lái)觀察他們的實(shí)時(shí)坐姿，這種‘坐姿疾病’就可以得到緩解。通過(guò)我們開(kāi)發(fā)的自供電坐姿監(jiān)測(cè)背心，用戶可以在屏幕上觀察他們的姿勢(shì)變化并進(jìn)行必要的調(diào)整”。
 
　　這種織物叫做摩擦納米發(fā)電機(jī) (TENG) ，利用運(yùn)動(dòng)來(lái)收集為姿勢(shì)監(jiān)測(cè)傳感器供電所需的能量，用于制造自供電織物。集成的機(jī)器學(xué)習(xí)算法分析傳感器收集的信息，并可以提供即時(shí)反饋，在用戶需要修改姿勢(shì)時(shí)通知用戶。
 
　　這種不尋常的織物是通過(guò)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(dòng)時(shí)，織物的纖維會(huì)被拉伸和壓縮。兩條纖維的不斷運(yùn)動(dòng)和接觸會(huì)產(chǎn)生電能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為接觸帶電。
 
　　面料易拉伸、耐用、可水洗、透氣，可長(zhǎng)時(shí)間穿著舒適。這使其成為長(zhǎng)期姿勢(shì)監(jiān)測(cè)的理想選擇。論文作者、美國(guó)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(zhǎng)、美國(guó)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(duì)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(huì)影響可穿戴傳感器的舒適度。但這些因素也會(huì)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(gè)重要方面是姿勢(shì)監(jiān)測(cè)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(shì)有助于收集最常見(jiàn)的懶散姿勢(shì)的數(shù)據(jù)，例如駝背姿勢(shì)。傳感器收集的數(shù)據(jù)隨后由機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行解釋?zhuān)撍惴ㄌ幚碛嘘P(guān)佩戴者坐姿的信息，對(duì)他們的坐姿進(jìn)行分類(lèi)，并在出現(xiàn)提示時(shí)監(jiān)控他們?nèi)绾渭m正姿勢(shì)。該系統(tǒng)能夠在 96.6% 的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確識(shí)別佩戴者的姿勢(shì)。
 
　　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(zhǎng)期健康問(wèn)題。董說(shuō)： “我們相信基于 TENG 的自供電監(jiān)測(cè)背心為長(zhǎng)期、無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)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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