姿勢是健康的重要組成部分。長時間的不良姿勢，例如無精打采或向一側(cè)傾斜，會導(dǎo)致疼痛和不適。它還被證明會增加患心血管疾病、視力問題、中風(fēng)和肌肉骨骼疾病的風(fēng)險。需要解決方案來幫助人們調(diào)整姿勢以預(yù)防這些問題并改善學(xué)生和久坐不動的人的健康。當(dāng)前的監(jiān)控解決方案存在限制，阻礙了它們的廣泛采用。為了解決這個問題，研究人員開發(fā)了一種舒適耐用的自供電織物，可以與傳感器配對以幫助實時糾正姿勢。

這種自供電織物是使用摩擦納米發(fā)電機(TENG) 開發(fā)的，它使用運動來收集為姿勢監(jiān)測傳感器供電所需的能量。傳感器收集的數(shù)據(jù)由集成的機器學(xué)習(xí)算法處理，該算法可以提供即時反饋，在佩戴者需要調(diào)整姿勢時提醒他們。

該技術(shù)在 5 月 24 日發(fā)表在Nano Research上的論文中有所描述。

“人們在日常生活中經(jīng)常以各種不良姿勢坐著，導(dǎo)致疼痛和不適，”論文作者、中國科學(xué)院北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所副研究員董凱說。“如果人們能夠通過穿著由智能紡織品制成的特定類型的服裝來觀察他們的實時坐姿，這種‘坐姿疾病’就可以得到緩解。通過我們開發(fā)的自供電坐姿監(jiān)測背心，用戶可以觀察他們的坐姿在他們的屏幕上進(jìn)行更改并進(jìn)行必要的調(diào)整。”

這種特殊織物是通過將尼龍纖維與導(dǎo)電纖維編織在一起而制成的。隨著織物的穿著者移動，纖維被拉伸和壓縮。兩根纖維之間的連續(xù)運動和接觸產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為接觸帶電。

面料易拉伸、耐用、耐洗、透氣，可長時間穿著舒適。這使其成為長期姿勢監(jiān)測的理想選擇。據(jù)論文作者、美國佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院海塔爾學(xué)院院長王鐘林介紹，耐用性和舒適性等因素對于人們?nèi)绾问褂弥悄芗徔椘泛苤匾?/p>

“靈活性、可拉伸性和彎曲能力都會影響可穿戴傳感器的舒適度，”王說。“但這些因素也會影響織物的工作效果。織物由于其針織結(jié)構(gòu)而表現(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，另一個重要方面是姿勢監(jiān)測的可靠性。傳感器直接縫合到織物中，沿著頸椎、胸椎和腰椎的位置。這些姿勢有助于收集最常見的懶散姿勢的數(shù)據(jù)，例如駝背姿勢。傳感器收集的數(shù)據(jù)隨后由機器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行解釋，該算法處理有關(guān)佩戴者坐姿的信息，對他們的坐姿進(jìn)行分類，并在出現(xiàn)提示時監(jiān)控他們?nèi)绾渭m正姿勢。該系統(tǒng)能夠在96.6% 的時間內(nèi)準(zhǔn)確識別佩戴者的姿勢。

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、不適和長期健康問題。“我們相信基于 TENG 的自供電監(jiān)測背心為長期、無創(chuàng)監(jiān)測提供了可靠的醫(yī)療保健解決方案，”董說。“這也拓寬了基于摩擦電的可穿戴電子產(chǎn)品的應(yīng)用。”