Nosiva koža u fizikalnoj terapiji

Inženjeri MIT-a razvili su fleksibilnu foliju koja prepoznaje oblik i digitalno rekonstruira vlastiti oblik dok se savija i uvija. 

Senzor je u principu sličan tehnologiji snimanja pokreta, koja prati fizičke pokrete osobe kako bi ih oponašala u virtualnom avataru. Ti dizajni koriste krute senzore koji su ušiveni u odijelo na strateškim mjestima. 

Novi dizajn tima koristi više mekih optičkih vlakana koja se cik-cak protežu kroz meku i rastezljivu foliju. Kada se folija savija, vlakna se savijaju na isti način, mijenjajući uzorak svjetlosti koja prolazi kroz njih. Istraživači su razvili algoritam za interpretaciju uzoraka savijanja svjetlosti u hodu, kako bi stvorili digitalnu sliku koja se kreće na isti način na koji se folija kreće. Tim je također pokazao da je dizajn otporan na oštećenja: Čak i kada se nekoliko vlakana prereže ili odspoji, preostala vlakna i dalje mogu točno rekonstruirati cjelokupni oblik folije. 

Tim predviđa da bi se novi dizajn mogao pretvoriti u mekanu i savitljivu odjeću koju bi korisnik mogao udobno nositi kako bi fizički kontrolirao lik iz videoigre ili teleupravljanog robota. Tehnologija bi se također mogla koristiti u uvjetima fizikalne terapije, gdje bi se mogla omotati oko pacijentove noge ili ruke kako bi se pratila i bilježila njihova pokretljivost i raspon pokreta tijekom svake sesije. 

U svom novom dizajnu, istraživači su izradili vlastita optička vlakna. Poput konvencionalnih valovoda, vlakna su napravili od prozirne jezgre okružene tamnim omotačem. Umjesto tvrdog stakla, koristili su prozirnu, fleksibilnu gumenu jezgru i omotač izrađen od istog gumenog materijala, obojenog u crno. 

Umjesto da jezgru održe potpuno glatkom, namjerno su jednu stranu učinili hrapavom. Ako je jedna strana vlakna hrapavija od druge, zaključili su, tada bi se, kada se vlakno savije na jedan način, svaka svjetlost koja prolazi raspršila na hrapavoj površini i utjecala na ukupnu količinu svjetlosti koja izlazi na drugom kraju. To bi bila drugačija količina od one koja bi prošla da je vlakno savijeno pod istim kutom, ali prema glatkoj strani vlakna. Na taj način, poluhrapavo vlakno trebalo bi djelovati kao dvosmjerni senzor oblika. 

Tim je izradio više dvosmjernih optičkih vlakana i pokušao ih ugraditi u mekani silikonski sloj, raspoređen tako da vlakna rekonstruiraju oblik sloja dok se savija i uvija. Kako bi to učinili, istraživači su proveli simulacije slojeva ugrađenih s različitim uzorcima optičkih vlakana, od jednostavne šahovske ploče do križnih, cik-cak rasporeda. 

Simulirali su različite načine savijanja ili uvijanja ploča i mjerili izlaz svjetlosti iz konfiguracije vlakana svake ploče. Pretvorili su ta mjerenja svjetlosti u procjene koliko se svako vlakno mora savijati i kombinirali ih kako bi konstruirali ukupni 3D oblik ploče, koji su usporedili s izvornim simuliranim oblikom ploče. Iz tih simulacija otkrili su da je određeni razmak cik-cak vlakana najbliži ponovnom stvaranju izvornog oblika ploče. 

Istraživači su zatim izradili ploču za prepoznavanje oblika s istim cik-cak uzorkom optičkih vlakana ugrađenih u ploču. Ugradili su LED na jedan kraj svakog vlakna i svjetlosni senzor na drugi kraj, koji su spojili na vanjsku ploču za prikupljanje i pojačavanje svjetlosnih mjerenja. Također su razvili algoritam za automatsko pretvaranje mjerenja s vlakana u rekonstrukciju 3D oblika ploče kao cjeline. 

U eksperimentima su pokazali da algoritam glatko stvara virtualnu rekonstrukciju gotovo u stvarnom vremenu, dok su ga istraživači uvijali u različite oblike. Na primjer, kada ga presavili dijagonalno, a zatim ponovno u suprotnom smjeru, virtualni blizanac oponašao je promjenjive oblike, gotovo u stvarnom vremenu. 

Također su stavili ploču u različite 3D printane kalupe kako bi mogli precizno izmjeriti razliku između digitalno rekonstruirane ploče i fizičke ploče koja leži preko svakog kalupa. U tim su testovima otkrili da je ploča s mekim senzorima bila preciznija od drugih dizajna. 

Tim će dodatno optimizirati senzorsku foliju, prvo njezinim stanjivanjem. Trenutno su optička vlakna debela 1 milimetar. Drugi procesi izrade mogli bi ih smanjiti na desetke mikrometara, što može biti tanje od vlasi kose. Zatim, istraživači predviđaju ugradnju mnogo više vlakana u odjeću kako bi osjetili detaljne promjene u njezinom obliku i formi, na primjer za procjenu pacijentovih performansi u fizikalnoj terapiji.

Istraživački rad možete pronaći na ovoj poveznici.