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A limitação da mobilidade é um estágio inicial da incapacidade de mobilidade humana e um sinal precoce de declínio funcional. Pode se manifestar como fraqueza muscular, perda de equilíbrio, marcha instável e dor nas articulações. O monitoramento contínuo e de longo prazo do movimento articular pode prevenir ou retardar o declínio, permitindo o diagnóstico precoce, o prognóstico e o gerenciamento de condições relacionadas à mobilidade.
Esse monitoramento contínuo e de longo prazo é possível por meio de sistemas de análise que podem ser usados ou não vestíveis. Os sistemas não vestíveis são confiáveis, mas requerem um ambiente de laboratório e indivíduos treinados e, portanto, impraticáveis para uso diário. Por outro lado, os sistemas vestíveis são portáteis, mais baratos e muito mais fáceis de usar. Infelizmente, sensores vestíveis típicos tendem a ser inflexíveis e volumosos.
Um player relativamente novo no campo de sistemas vestíveis são os vestíveis feitos de tecido condutivo (CF), que são macios, leves, maleáveis e não invasivos. Esses sensores são confortáveis e adequados para monitoramento de longo prazo. No entanto, a maioria dos wearables baseados em CF tornam-se propensos a erros se deslocados de seu local pretendido e dependem de componentes externos que restringem a sensibilidade e o alcance de trabalho dos sensores.
Para superar essas limitações, uma equipe de pesquisa criou um wearable com alto grau de liberdade funcional e de design. A professora associada Low Hong Yee e seus colegas da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) colaboraram com o Dr. Tan Ngiap Chuan, da SingHealth Polyclinics, e publicaram seu trabalho de pesquisa, ‘Todos os tecidos tricotados e integrados de alta elasticidade e sensibilidade para monitoramento contínuo de movimento articular humano’ em Materiais Avançados de Saúde.
De acordo com o Professor Associado Low, suas principais considerações ao projetar o wearable foram a precisão e a confiabilidade dos dados do sensor e que o sensor dependesse do menor número possível de componentes externos. O resultado foi um circuito de detecção altamente elástico e totalmente funcional feito de um único tecido. Como a articulação do joelho é importante para a mobilidade dos membros inferiores, o wearable foi projetado para o joelho.
Para desenvolver este circuito de tecido único, a equipe acoplou mecanicamente um fio eletricamente condutor com um fio dielétrico de alta elasticidade em vários padrões de pontos. As dimensões foram personalizadas de acordo com a perna do sujeito. Os componentes funcionais – sensores, interconexões e resistores – formaram um circuito elástico no wearable totalmente tricotado que permitiu a obtenção de dados em tempo real.
No entanto, é difícil reunir sensores, interconexões e resistores em uma única malha elástica. O professor associado Low mencionou que “a sinergia de fios com diferentes propriedades elétricas e mecânicas para alcançar alta sensibilidade de sinal e alta elasticidade” foi um desafio, pois as propriedades desejadas para cada componente eram muito diferentes.
Os sensores precisam produzir uma grande mudança na resistência para aumentar a sensibilidade, enquanto as interconexões e os resistores precisam de resistências fixas de valores mais altos e mais baixos, respectivamente. Como tal, os pesquisadores otimizaram a composição do fio e o tipo de ponto para cada componente antes de conectar o circuito funcional a uma placa de circuito contida em um bolso do wearable, permitindo a transmissão sem fio de dados em tempo real.
Com um wearable de joelho macio desenvolvido, seus componentes funcionais e transmissão de dados possível, era hora de testar o desempenho do wearable. A equipe avaliou o wearable por meio de atividades de extensão-flexão, caminhada, jogging e escada. Os indivíduos usaram o joelho juntamente com marcadores reflexivos que foram detectados por um sistema de captura de movimento, permitindo a comparação entre os dados do sensor e o movimento real da articulação.
O tempo de resposta do sensor foi inferior a 90 milissegundos para uma entrada em degrau, o que é rápido o suficiente para monitorar os movimentos humanos incluídos no estudo. Além disso, a menor alteração no ângulo da junta que os sensores puderam detectar foi de 0,12 graus. Os dados do sensor mostraram forte correlação com os dados de movimento articular adquiridos do sistema de captura de movimento, demonstrando a confiabilidade dos dados do sensor.
O impacto potencial de tal dispositivo na área médica é enorme. O monitoramento contínuo a longo prazo do movimento articular é importante para rastrear as condições relacionadas à mobilidade. Muitas vezes, as pessoas ignoram os primeiros sinais de declínio da mobilidade, pois não são considerados graves o suficiente para procurar ajuda. A tecnologia vestível resolve esse problema avaliando a mobilidade do usuário diretamente em tempo real.
Incorporar um circuito de sensor de fácil utilização em um tecido macio e confortável pode aumentar a adoção da tecnologia vestível pelo público, especialmente entre atletas e idosos. Os dados podem ser coletados em tempo real e traduzidos em indicadores que podem detectar o declínio da mobilidade. Quando sinais de declínio da mobilidade são encontrados, cuidados preventivos, prognóstico e gerenciamento da condição de saúde podem ser fornecidos.
Com base neste trabalho, a equipe pretende estudar o efeito do suor e da umidade nos sinais dos sensores e estender a pesquisa para incluir indivíduos de populações saudáveis e não saudáveis no futuro. “Começamos a trabalhar para estender o wearable para grupos de usuários especiais e para monitorar outras articulações do corpo, como o ombro”, afirmou o Professor Associado Low. “Também estamos procurando garantir um fundo de incubação para explorar o potencial de comercialização do wearable”.
Vídeo: https://youtu.be/KPlSPtDVs2k
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