E

Scientific Reports volume 12、記事番号: 9650 (2022) この記事を引用

2113 アクセス

6 引用

メトリクスの詳細

我々は、伸縮性のある導電性繊維を電極として組み込んで運動用圧縮衣服内に相互接続する、電子繊維ベースの表面筋電図検査（sEMG）スーツの新しいデザインを提案します。 製造および組み立てのアプローチは、レーザー切断とヒートプレスラミネートを簡単に組み合わせたもので、特殊な繊維や衣類の製造装置を必要とせず、一般的な研究環境でデザインの迅速なプロトタイピングを実現します。 使用されている素材は、摩耗に強く、衣類に生じる高い負担にも耐える耐久性があり、洗濯機で洗濯できます。 このスーツは、従来の粘着電極と同等の sEMG 信号品質を生成しますが、快適性、寿命、再利用性が向上しています。 組み込まれた電子機器は、信号調整、増幅、デジタル化、処理能力を提供して、生の EMG 信号を肘と膝関節の屈曲と伸展の努力レベルの推定値に変換します。 ここで詳述するアプローチは、他のさまざまな電気生理学的センサーにも拡張可能であると予想されます。

一般に筋電図検査 (EMG) と呼ばれる筋肉の発火の生体電位信号モニタリングにより、人体の動きの位置と強度を動的かつ迅速に感知して報告することが可能になります。 この強力な技術は、プロテーゼの制御 1、2、3、健康状態のモニタリング 4、5、6、透過的なヒューマン マシン インターフェイス 7、8、9 などのアプリケーションに使用されています。 EMG には侵襲的な形態もありますが、非侵襲的な表面筋電図検査 (sEMG) の方が一般的で、ほとんどの用途に受け入れられています。 sEMG の現在のゴールドスタンダードでは、接着剤を使用して、繋がれた一時的なゲル電極を皮膚に手動で取り付ける必要があります。 この技術は十分に確立されており、忠実度の高い信号が得られますが、導電性ゲルやかさばるデータ収集システムに依存しているため、動作寿命、快適性、長期モニタリングの実用性が低下します。 そのため、人間工学的に高性能衣類に統合された実験室品質の sEMG センサーを開発する必要があります。

これに対処するために、電子テキスタイル (e-テキスタイル) の使用を活用したウェアラブル衣類の設計と最適化に多大な研究努力が払われてきました。 銀 - 塩化銀 (Ag - AgCl) ベースのシステムとは対照的に、これらのウェアラブル sEMG 衣類は、柔軟な e-テキスタイルベースの電極と相互接続を組み込んだハイブリッド回路です10、11、12、13、14。 導電性材料を衣類に組み込むための多くの技術が存在しており、これには、導電性繊維の刺繍15、16、17、18、19、導電性インクの印刷20、21、22、23、24、25、および接着剤を使用して導電性生地を織物に取り付ける26が含まれる。 これらの確立された技術の中で、最も一般的に使用されるのは刺繍とプリントです。 ただし、複雑で歪みを軽減するパターンや衣料品業界に特有のツールを生成するには、専門的なスキルが必要ですが、これらは平均的な研究グレードのラボでは容易に利用できないものです。 品質と製造性をエンドツーエンドで最適化した大面積完全統合システムを紹介する研究はほとんどありません。 これに対する注目すべき例外は、高価で未処理の生データへのアクセスをブロックする不透明な自己完結型システムを備えた標的型商用プラットフォームです。 対照的に、当社の接着剤ベースのアプローチは、導電性生地をベーステキスタイルに貼り付けるホットラミネートを中心としており、衣類の構造に対する非常にシンプルなアプローチです。 さらに、この研究で実証されているように、このアプローチは、オンボード電子機器への信号送信のためのフレキシブルプリント基板タブを備えた簡単なテキスタイルと回路基板の接続を形成するためにシームレスに拡張できます。

したがって、高品質で大面積のsEMGスーツを民主化するために、この研究では、簡単に入手できる市販の材料で作られた、堅牢でスケーラブルで完全に統合されたeテキスタイルベースのモジュール式sEMG衣服を紹介します。 各コンポーネントの材料と設計の最適化を慎重に行い、緊張時と曝露時の電気的性能を特徴付け、上腕二頭筋/上腕三頭筋、大腿四頭筋/ハムストリングス、前脛骨筋/腓腹筋の努力レベルの測定を定量化します。 テキスタイルベースの sEMG という当面の関心を超えて、当社のアプローチは、高忠実度の皮膚電極を統合し、心電図 (ECG)、脳波 (EEG)、皮膚電気反応 (GSR) などのさまざまな生理学的センサーを相互接続する経路を作成します。