早產(chǎn)兒經(jīng)常會發(fā)育成神經(jīng)運(yùn)動與認(rèn)知發(fā)育障礙。減少這些障礙癥影響的最佳途徑，就是通過一系列的認(rèn)知與運(yùn)動測驗，盡早掌握情況。但是，準(zhǔn)確測量并記錄兒童的運(yùn)動機(jī)能，是一項復(fù)雜的工作。就像每一個父母都會告訴你的那樣，蹣跚學(xué)步的兒童不喜歡手上佩戴笨重的設(shè)備，還偏愛吃他們不應(yīng)該吃的東西。
可穿戴設(shè)備，已成為疾病診斷與治療方面的一項重要創(chuàng)新技術(shù)，在人體生理指標(biāo)與機(jī)能監(jiān)測方面的發(fā)揮著極其重要的作用。之前，筆者介紹過許多相關(guān)的科研案例，這里就不一一列舉了。今天，讓我們來看看可穿戴設(shè)備對于測量兒童運(yùn)動機(jī)能又會有什么樣的幫助？
近日，美國哈佛大學(xué)的研究人員們開發(fā)出一種柔軟、無毒的可穿戴傳感器，它可以不顯眼地佩戴在手部，測量抓握的力量以及手部與手指的運(yùn)動。
這項研究發(fā)表在《先進(jìn)功能材料（Advanced Functional Materials）》期刊上，是哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）、Wyss生物啟發(fā)工程研究所、貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心與波士頓兒童醫(yī)院合作開發(fā)的成果。哈佛大學(xué)技術(shù)開發(fā)辦公室提出了與新型柔性傳感器架構(gòu)相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)組合，并正在為這些技術(shù)尋求商業(yè)化機(jī)會。
這種傳感器的一個新要素就是無毒、高導(dǎo)電性的溶液。SEAS 研究生、論文第一作者 Siyi Xu 表示：“我們開發(fā)了一種新型導(dǎo)電液體，它的安全性可以媲美一小滴鹽水。它比之前的生物兼容性液體導(dǎo)電性更好，將通往更干凈、更少噪聲數(shù)據(jù)的目標(biāo)。”
這種具有感知功能的溶液是由碘化鉀以及甘油組成，碘化鉀口服液是一種膳食補(bǔ)充品，甘油是一種普通的食品添加劑。在短時間混合之后，甘油打破了碘化鉀的晶體結(jié)構(gòu)，并形成鉀離子（K+）與碘離子（I-），使得液體導(dǎo)電。因為甘油的蒸發(fā)速率比水更低，而碘化鉀是高度可溶的，所以溶液不僅能在一定的溫濕度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而且具有高導(dǎo)電性。
Xu 表示：“之前，具有生物相容性的柔性傳感器是由氯化物-甘油溶液組成，但是這些溶液的導(dǎo)電性差，使得傳感器數(shù)據(jù)的噪音變得很大，而且需要10個小時才能準(zhǔn)備好。我們已經(jīng)將這個時間縮短至20分鐘，并且獲取到了非常干凈的數(shù)據(jù)。”
傳感器的設(shè)計也考慮到了兒童的需求。與笨重的手套不同，這種硅橡膠傳感器放置在手指上方與指尖上。
論文合著者之一、波士頓兒童醫(yī)院與哈佛醫(yī)學(xué)院行為科學(xué)項目副教授、哈佛大學(xué) Wyss 研究所副教員 Eugene Goldfield 是 Wyss 研究所研究兒童柔性電子項目的首席研究員，該研究所為早產(chǎn)以及有腦癱危險的兒童設(shè)計了模塊化的機(jī)器人系統(tǒng)。
Goldfield 及其同事目前正在使用 SEAS 與 Wyss 的運(yùn)動捕捉實(shí)驗室研究運(yùn)動機(jī)能。雖然運(yùn)動捕捉可以告訴我們許多有關(guān)運(yùn)動的情況，但是它無法測量力度，而力度對于診斷神經(jīng)運(yùn)動和認(rèn)知發(fā)育障礙來說很關(guān)鍵。
論文合著者之一、波士頓兒童醫(yī)院與哈佛醫(yī)學(xué)院行為科學(xué)項目副教授、哈佛大學(xué) Wyss 研究所副教員 Eugene Goldfield 表示：“我們經(jīng)常看到，早產(chǎn)或者被診斷為早期發(fā)育障礙的兒童具有高度敏感的皮膚。通過將這種設(shè)備粘到手指上面，可以獲取準(zhǔn)確的信息，并能考慮到兒童手部的敏感性。”
Goldfield 表示：“早期診斷對于治療這些發(fā)育障礙來說很重要，這種可穿戴的傳感器給我們帶來了目前沒有的優(yōu)點(diǎn)。”
SEAS 工程與應(yīng)用科學(xué)系教授、Wyss 研究所創(chuàng)始核心教員、論文高級作者 Rob Wood 表示：“量化復(fù)雜人體運(yùn)動的能力，為我們帶來了一個前所未有的診斷工具。對于兒童運(yùn)動技能發(fā)展的聚焦，為如何將許多傳感器整合到一個小型、輕量、不顯眼的可穿戴設(shè)備中，帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這些新型傳感器解決了這些挑戰(zhàn)，而且如果我們能夠創(chuàng)造出勝任如此艱巨任務(wù)的可穿戴傳感器，我們相信它也將開啟診斷、治療、人機(jī)交互界面與虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的應(yīng)用。”