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Com o envelhecimento da população global, surge a necessidade de novas tecnologias de sensores que possam ajudar médicos e cuidadores a monitorar remotamente a saúde de uma pessoa. Novas calças inteligentes baseadas em sensores de fibra óptica podem ajudar, oferecendo uma maneira não intrusiva de rastrear os movimentos de uma pessoa e emitir alertas se houver sinais de perigo.
“Nossas calças inteligentes de fibra óptica de polímero podem ser usadas para detectar atividades como sentar, agachar, andar ou chutar sem inibir os movimentos naturais”, disse o líder da equipe de pesquisa Arnaldo Leal-Junior da Universidade Federal do Espírito Santo no Brasil. “Essa abordagem evita os problemas de privacidade que acompanham os sistemas baseados em imagens e pode ser útil para monitorar pacientes idosos em casa ou medir parâmetros como amplitude de movimento em clínicas de reabilitação”.
Na revista Optica Publishing Group Óptica Biomédica Express, os pesquisadores descrevem as novas calças inteligentes, que apresentam fibras ópticas transparentes diretamente integradas ao tecido. Eles também desenvolveram uma unidade portátil de aquisição de sinal que pode ser colocada dentro do bolso da calça.
“Esta pesquisa mostra que é possível desenvolver sistemas de sensores vestíveis de baixo custo usando dispositivos ópticos”, disse Leal-Junior. “Também demonstramos que novos algoritmos de aprendizado de máquina podem ser usados para estender as capacidades de detecção de têxteis inteligentes e possivelmente permitir a medição de novos parâmetros”.
Criando calças de fibra óptica
A pesquisa faz parte de um projeto maior focado no desenvolvimento de tecidos fotônicos para sensores vestíveis de baixo custo. Embora dispositivos como smartwatches possam dizer se uma pessoa está se movendo, os pesquisadores queriam desenvolver uma tecnologia que pudesse detectar tipos específicos de atividade sem impedir o movimento de forma alguma. Eles fizeram isso incorporando sensores de fibra óptica de polímero de variação de intensidade diretamente no tecido que foi usado para criar calças.
Os sensores foram baseados em fibras ópticas de polimetilmetacrilato com 1 mm de diâmetro. Os pesquisadores criaram áreas sensíveis nas fibras removendo pequenas seções do núcleo de fibra de revestimento externo. Quando a fibra se dobra devido ao movimento, isso causará uma alteração na potência óptica que passa pela fibra e pode ser usada para identificar que tipo de modificação física foi aplicada à área sensível da fibra.
Ao criar essas áreas de fibra sensíveis em vários locais, os pesquisadores criaram um sistema de sensor multiplexado com 30 pontos de medição em cada perna. Eles também desenvolveram um novo algoritmo de aprendizado de máquina para classificar diferentes tipos de atividades e classificar os parâmetros da marcha com base nos dados do sensor.
Classificando as atividades
Para testar seu protótipo, os pesquisadores pediram aos voluntários que vestissem as calças inteligentes e realizassem atividades específicas: caminhada lenta, caminhada rápida, agachamento, sentar em uma cadeira, sentar no chão, chutes frontais e traseiros. A abordagem de detecção alcançou 100% de precisão na classificação dessas atividades.
“Os sensores de fibra ótica apresentam várias vantagens, entre as quais o facto de serem imunes a interferências elétricas ou magnéticas e poderem ser facilmente integrados em diferentes acessórios de vestuário devido à sua compacidade e flexibilidade”, refere Leal-Junior. “Basear o dispositivo em um sensor de variação de potência óptica multiplexado também torna a abordagem de detecção de baixo custo e altamente confiável.”
Os pesquisadores agora trabalham para conectar a unidade de aquisição de sinal à nuvem, o que permitiria o acesso remoto aos dados. Eles também planejam testar o tecido inteligente em ambientes domésticos.
Este trabalho foi realizado no LabSensors/LabTel no âmbito do framework de tecnologias assistivas financiado pelas agências brasileiras FINEP e CNPq.
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