使用电子纱线传感器集成智能运动服，可检测运动消耗与疲惫

智能跑步紧身裤集成电子纺织品，可检测运动疲惫

苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种电子纱线，能够精确测量一个人的身体如何运动。纺织传感器直接集成到运动服或工作服中，可预测穿着者在体力消耗期间的疲惫程度。

可穿戴设备在学术和商业领域越来越受欢迎，因为很大一部分人口 - 健康研究人员到普通人群 - 能够更好地利用从它们访问的数据。传感器基本改进的应用和转化将改善诊断、监测、修复和性能。纤维形式的柔性和可拉伸软传感器对可穿戴设备应用很有吸引力，因为它们可以直接集成为构成我们衣服的纺织品的一部分，并将其变成多功能设备，或者用作外骨骼或机器人中的跟踪或监控传感器。

纺织品占我们日常穿着的大部分。可拉伸传感器的集成并非易事，因为传感器和纺织品之间的机械性能不匹配;机械性能的巨大差异会导致编织或针织问题，并可能在制造过程中对传感器造成不可逆转的损坏。已经报道了将传感器直接集成到纺织品中的报道，尽管它们通常仅限于具有局限性的单一传感机制。采用基于小针织机的解决方案（即纱线或线）的传感技术的扩展仍然有限，能够提供替代传感机制的解决方案将扩大可穿戴设备所能实现的潜力。

例如，新型纺织品传感器可用于预防与疲劳相关的运动损伤。

要点：

新型纺织传感器非常精确地测量身体运动，无需电池或芯片等电子元件。

该传感器集成到工作和运动服装中，可以实时预测您在体力消耗期间的疲惫程度。

传感器由一种特殊的纱线制成，当您拉动它时会膨胀，从而产生电信号。

纺织品传感器可用于防止运动或工作场所中与疲劳相关的伤害。

疲惫使我们在锻炼或执行体力劳动时更容易受伤。由疲惫使我们在锻炼或执行体力劳动时更容易受伤。一组苏黎世联邦理工学院的研究人员，由苏黎世联邦理工学院负责人Carlo Menon教授领导。负责人Carlo Menon教授领导的一组苏黎世联邦理工学院研究人员现在已经开发出一种纺织品传感器，可以实时测量一个人在体力消耗期间的疲惫程度。为了测试他们的新传感器，他们将其集成到一双运动紧身裤中。只需瞥一眼他们的智能手机，测试人员就能看到他们何时达到极限以及他们是否应该休息一下。

苏黎世联邦理工学院已申请专利的这项发明可能为新一代智能服装铺平道路：目前市场上的许多产品都改装了传感器、电池或芯片等电子元件。除了推高价格外，这还使这些物品难以制造和维护。

相比之下，ETH研究人员的可拉伸传感器可以直接集成到有弹性，贴身运动服或工作服的材料纤维中。这使得大规模生产更容易，更便宜。Menon强调了另一个好处：“由于传感器离身体如此之近，我们可以非常精确地捕捉身体运动，而佩戴者甚至没有注意到。

非凡的纱线

当人们感到疲倦时，他们的动作会有所不同——跑步也不例外：步幅会缩短，变得不那么规律。使用他们的新传感器，该传感器由一种特殊类型的纱线制成，ETH研究人员可以测量这种影响。

这一切都归功于纱线的结构：内部纤维由导电弹性橡胶制成。研究人员将一根包裹在薄薄一层塑料中的刚性电线缠绕成围绕这种内纤维的螺旋状。“这两种纤维充当电极并产生电场。它们一起形成一个可以容纳电荷的电容器，“Menon小组的博士后Tyler Cuthbert说，他在导致该发明的研发中发挥了重要作用。

智能跑步紧身裤

将这种纱线缝合到一双有弹性的跑步紧身裤的大腿部分，意味着它会随着穿着者的跑步以一定的节奏伸展和松弛。每次运动都会改变两根光纤之间的间隙，从而改变电场和电容器的电荷。

Laufhose：膝盖上方的纺织传感器连接到嵌入腰带中的天线。它们共同形成一个可用于测量运动的电路。

在正常情况下，这些电荷波动太小，无法帮助测量身体的运动。然而，这种纱线的特性绝不是正常的：“与大多数其他材料不同，我们的纱线在拉伸时实际上会变得更厚，”卡斯伯特说。因此，纱线对最小的运动更加敏感。即使稍微拉伸它，也会在传感器的电荷中产生明显的微不足道的波动。这使得测量和分析运行形式的细微变化成为可能。

但是，这如何用于确定一个人的疲惫程度呢？在之前的研究中，Cuthbert和Menon观察了一系列测试人员，他们穿着配备类似传感器的运动紧身裤跑步。他们记录了随着跑步者越来越疲倦而电信号的变化。他们的下一步是将这种模式转化为能够预测跑步者疲惫的模型，现在可以用于他们的新型纺织传感器。但是，确保模型能够在实验室外做出准确的预测将需要大量额外的测试和大量的步态模式数据。

用于无线数据传输的纺织天线

为了使纺织品传感器能够将电信号无线发送到智能手机，研究人员为其配备了一个由导电纱制成的环形天线，该天线也直接缝在紧身裤上。“传感器和天线一起形成一个完全集成到衣服中的电路，”Menon小组的博士生Valeria Galli说。

纺织传感器和天线形成电路。当传感器伸展时，天线会发送智能手机可以读取的信号。

天线直接环形缝在材料上。

电信号从可拉伸传感器传播到天线，天线以智能手机能够读取的特定频率传输。佩戴者奔跑，传感器移动，产生频率连续波动的信号模式，然后智能手机应用程序实时记录和评估。但研究人员仍有相当多的开发工作要做。

应用包括运动和工作场所

目前，研究人员正在努力将他们的原型转化为市场就绪的产品。为此，他们正在申请苏黎世联邦理工学院备受追捧的先锋奖学金之一。“我们的目标是使智能服装的制造具有成本效益，从而使更广泛的公众可以使用，”Menon说。他认为潜在的应用范围从体育延伸到工作场所 - 预防与疲惫相关的伤害 - 以及康复医学。