智能运动服检测体力消耗时的疲惫

苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种能够精确测量人体运动方式的电子纱线。这种纺织品传感器直接集成到运动服或工作服中，可以预测穿着者在体力消耗时的疲惫程度。

当我们在锻炼或执行体力任务时，疲惫使我们更容易受伤。由移动健康技术教授Carlo Menon领导的苏黎世联邦理工学院的一组研究人员现在开发了一种纺织品传感器，可以实时测量一个人在体力消耗时的疲惫程度。为了测试他们的新传感器，他们将其集成到一条运动紧身裤中。测试者只需看一眼智能手机，就能知道自己什么时候达到极限，是否应该休息一下。这项新技术发表在杂志上先进材料。

苏黎世联邦理工学院已经为这项发明申请了专利，它可能会为新一代智能服装铺平道路:目前市场上的许多产品都配有传感器、电池或芯片等电子组件。除了推高价格，这也使得这些物品难以制造和维护。

相比之下，ETH研究人员的可拉伸传感器可以直接集成到有弹性的贴身运动服或工作服的材料纤维中。这使得大规模生产既容易又便宜。Menon强调了另一个好处:“由于传感器位于离身体很近的地方，我们可以捕捉到身体动作穿戴者甚至都没有注意到。”

一个非凡的故事

当人们感到疲劳时，他们的移动方式会有所不同——跑步也不例外:步幅缩短，变得不那么规律。使用他们的新型传感器，这种传感器是由一种特殊类型的纱线制成的，ETH的研究人员可以测量这种效果。

这都要归功于纱线的结构——内部纤维是由导电、有弹性的橡胶制成的。研究人员将一根包有薄层塑料的刚性金属丝绕在这种内部纤维上形成螺旋状。“这两种纤维充当电极，并产生电场。它们一起形成一个电容器，可以容纳电荷梅农团队的博士后泰勒·卡斯伯特(Tyler Cuthbert)说，他在这项发明的研发过程中发挥了重要作用。

漂亮的跑步打底裤

将这种纱线缝合到一条有弹性的跑步打底裤的大腿部分，意味着当穿着者跑步时，它会以一定的节奏拉伸和松弛。每一次运动都改变了两根纤维之间的间隙，因此也改变了电场还有电容的电荷。

在正常情况下，这些电荷波动太小，无法帮助测量身体的运动。然而，这种纱线的性能一点也不正常:“与大多数其他材料不同，我们的纱线在拉伸时实际上会变得更厚，”卡斯伯特说。因此，纱线对微小的运动相当敏感。即使稍微拉伸它，传感器的电荷也会产生明显的可测量的波动。这使得测量和分析跑步方式的细微变化成为可能。

但是如何用它来确定一个人的疲惫程度呢?在之前的研究中，Cuthbert和Menon观察了一系列测试者，他们穿着装有类似传感器的运动紧身裤跑步。他们记录了电子信号随着选手们越来越累而改变。他们的下一步是将这种模式转化为一个能够预测跑步者疲劳的模型，现在可以用于他们的新型纺织品传感器。但要确保该模型能够在实验室之外做出准确的预测，还需要大量额外的测试和大量的步态模式数据。

用于无线数据传输的纺织天线

使纺织品传感器发送电信号研究人员为它配备了一个由导电线制成的环形天线，通过无线连接到智能手机上，天线也直接缝在紧身裤上。Menon团队的博士生Valeria Galli说:“传感器和天线一起形成了一个完全集成在衣服上的电路。”

电信号从可拉伸传感器传输到天线，天线以智能手机能够读取的特定频率传输它。穿戴者跑步，传感器移动，产生频率持续波动的信号模式，智能手机应用程序会实时记录和评估。但为了实现这一点，研究人员仍有相当多的开发工作要做。

应用范围包括运动和工作场所

目前，研究人员正致力于将他们的原型转化为市场产品。为此，他们正在申请苏黎世联邦理工学院炙手可热的先锋奖学金。梅农说:“我们的目标是使智能服装的生产具有成本效益，从而为更广泛的公众提供服务。”他看到了潜在的应用范围从运动延伸到工作场所——预防与疲劳相关的伤害——以及康复医学。