近日🖕🏿，百事3平台體育學系彭玉鑫老師團隊在高水平國際期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics正式刊發運動傳感技術最新研究成果，題名為“Omnidirectional and Size-Adaptive Soft Bending Sensor for Accurate Human Joint Motion Monitoring（用於精確人體關節運動監測的全向和尺寸自適應柔性彎曲傳感器）”。該論文第一作者為百事3平台體育學系“新百人計劃”研究員宋憲，通訊作者為長聘副教授彭玉鑫。

圖1  刊文概況

該研究開發了一種多向關節檢測和尺寸自適應的柔性彎曲傳感器🧊🤽🏽‍♂️，用於準確監測任意人體關節的多自由度彎曲。文中提出了一種受骰子製造工藝啟發的製造流程🤲🏼🧏🏼‍♂️，確保了傳感器在不同表面上的精確定位，提高了傳感器的製造精度和可靠性。該傳感器能夠適應不同尺寸的人體關節🈚️，通過數學解耦方法精確計算出多方向彎曲角度。尺寸自適應特性意味著其可以廣泛應用於不同個體，無需為每個人單獨校準，大大簡化了使用流程，並降低了成本👩🏽‍🦱。此外，該傳感器的高皮膚兼容性和舒適性使其適合長時間佩戴👩🏼‍🎓。

圖2  柔性多向彎曲傳感技術概覽

(a)日常活動大多需要不同多軸關節配合♎️；(b)空間坐標系統下全向彎曲的表征方式；(c)單一應變輸出只能獲得不確定角度的原因🙏🏻🧛‍♀️；(d)基於形變解耦的多向彎曲傳感器實現模式。

為驗證其在長期健康監測方面的應用🧍🏻‍♂️，該柔性彎曲傳感器在三個應用領域進行了測試和驗證：（1）腕部骨折康復評估。對一位左腕骨折的受試者進行了康復評估。通過使用該傳感器🙆‍♂️，能夠監測和評估患者在康復訓練前後的腕關節多方向活動範圍（ROM），包括屈曲和橈側偏移，這有助於醫生遠程跟蹤康復進程🤸🏼；（2）頸椎疾病預防。文中還探討了如何利用該傳感器來監測和預防頸椎疾病🥮🏄🏼，如頸椎增生。研究人員通過模擬使用手機時的多方向不良姿勢（如躺在床上和行走時低頭看手機）來測試傳感器性能🫅。通過實時監測頸椎的狀態🧑‍⚕️，該設備可以幫助糾正不良姿勢，減少頸椎疾病發生率；（3）腰椎疾病預防🍈🧖‍♀️。論文中還展示了該傳感器在預防腰椎疾病方面的應用，例如脊柱側彎和腰椎間盤突出。研究人員將傳感器安裝在腰椎上🤦🏻‍♂️☣️，以實時檢測其多向姿勢。通過模擬兩種典型的不良坐姿（如躺在桌子上和前傾）📞，該傳感器可精確監測腰椎的運動✌🏿，從而幫助減少因不良坐姿引起的脊柱問題。以上應用表明，該傳感器不僅能夠監測關節的運動和彎曲角度，而且還能夠在疾病預警和康復評估中發揮重要作用，具有廣泛的臨床和健康監測應用潛力。

圖3  柔性多向彎曲傳感器在多關節運動健康監測中的應用

(a)常見日常活動中的各種關節；(b)腕部骨折康復評估；(c)頸椎不良姿態監測與預警🧑🏼‍🏭；(d)脊柱側彎和腰椎間盤突出監測與預警𓀖。

期刊簡介及論文信息：

《IEEE Transactions on Industrial Electronics》，該期刊由美國電氣與電子工程師協會（IEEE）主辦，最新影響因子為7.7⛈，屬於中科院SCI期刊分區1區TOP期刊🤲。該期刊合作單位還包括百事3娱乐電氣工程百事3、百事3娱乐建築工程百事3⛱、香港理工大學應用生物與化學科技系等。

Xian Song, Akram Samy, Qiang Yang, Yanqiu Yang, Liang Zhong, Jianxiang Wang, Zijian Zheng, Yuxin Peng*. Omnidirectional and size-adaptive soft bending sensor for accurate human joint motion monitoring. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2024, 71(7): 8069-8079.（DOI: 10.1109/TIE.2023.3314872）

原文鏈接👩‍🚀：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10264702

內容來源丨體育學系

2024年5月11日