Kirigami传感器贴片可以改善损伤恢复

受日本剪纸艺术“kirigami”(用剪纸创造三维结构的一种艺术)的影响，该传感器可以紧贴关节的曲线，但也可以被制造成平面。“尤其是肩膀的运动方式非常复杂。密歇根大学(University of Michigan)材料科学与工程教授马克斯·施泰因(Max Shtein)说。他在骑车时撞了车，并与学生们合作完成了这项研究。“目前还没有人能够通过任何可穿戴设备正确地追踪它，但它在体育和日常生活中的许多活动中都是关键。”

埃琳·埃夫克演示了如何将kirigami切割模式打开成蕾丝工作。

资料来源:李维·赫特马赫，密歇根工程公司

在锁骨骨折后，Shtein沮丧地发现他的物理治疗师用一个基本的量角器评估了他肩膀的活动范围。这种方法容易产生很大的误差，而且他无法在家里重复测量。他意识到，一个可穿戴传感器可以记录他的整个运动范围，跟踪他的运动，但在弯曲的结构上建造电子设备是昂贵的。这种传感器需要制造得扁平，但仍然能够跟踪病人肩膀的轮廓。

他和材料科学与工程博士生埃琳·埃夫克(Erin Evke)受到基里加米(kirigami)的启发，想出了一个解决方案。她用激光把一片薄薄的塑料切成一个同心椭圆形的迷宫。形状拉开几乎像一个弹簧，和切口打开成一个花边越过肩膀。“如果你拿一张纸，试图把它包裹在一个球体上，这是不可能做到的，否则就会折叠或起皱。这将在你开始测量之前对传感器造成巨大的压力。”Evke说。“我们的切割模式避免了这个问题。”

因为这些结构可以从平板转变成无褶皱的3D形状，所以它们可以用现有的、具有成本效益的技术来制造。Shtein估计，如果大规模生产，单个传感器的成本可能低于10美元。这比一次物理治疗的费用要少得多。这可能是一种改善病人预后的廉价方法。

作为一种概念验证，团队在kirigami贴片上装备了两个应变仪——一个沿着肩膀的角落来捕捉手臂的升降，另一个在肩膀的后面来测量交叉身体的动作。

动作捕捉相机和kirigami传感器捕捉第一作者Erin Evke手臂的动作，使团队能够将传感器的读数与她肩膀的位置相匹配。

资料来源:李维·赫特马赫，密歇根州

与密歇根大学运动科学副教授迪安娜·盖茨(Deanna Gates)领导下的研究人员合作，施泰因的团队将kirigami传感器的数据与摄像机运动跟踪系统捕捉到的手臂运动进行了交叉引用。该系统使用反射标记跟踪手臂的角度位置，并在计算机模拟中重建它们。该团队设想，这种廉价的传感器可以提供给物理治疗患者，使他们能够记录运动，并通过智能手机应用程序查看运动进展。这可以帮助患者诚实地进行运动，并向治疗师提供关于每个患者的进展的更详细信息。

Evke曾参加过大学田径比赛，他也考虑过如何用它来帮助运动员提高他们的状态。她说:“由于你可以根据身体不同部位的弯曲度来调整切割设计，你可以产生大量数据来跟踪你的姿势——比如在举重物的时候——以及施加在你关节上的应变量。”“用户可以实时收到不当表单的提醒，从而防止受伤。”

Shtein指出，我们没有好的方法来测量关节，也不知道如何护理它们。最近的研究表明，前交叉韧带撕裂(许多运动员都经历过的一种严重的膝盖损伤)是由累积的压力造成的，而不是单一的过度力量。肩关节也会出现类似的问题。廉价的传感器可以测量压力，这样运动员和教练员就可以发现不断发展的问题，避免重大伤害。