MEMS-mikrofonit ja pietsosähköiset nauhat poimi- vat taivutus- ja laajenevan polven ääniä. (Luotto: Georgia Tech)MEMS-mikrofonit ja pietsosähköiset nauhat poimi- vat taivutus- ja laajenevan polven ääniä. (Luotto: Georgia Tech)

"Se on vähän kuin jotakin Halloween-tavaraa," sanoo Omer Inan. "Kuuntelet luita, jotka hierovat toisiaan tai ehkä rustoa."

Insinöörit kehittävät akustista polvenauhaa, joka on varustettu mikrofoneilla ja värähtelyantureilla, jotka voivat kuunnella ja mitata ääniä nivelen sisällä, ja se voi johtaa tapaan auttaa ortopedisia asiantuntijoita arvioimaan vahinkoa loukkaantumisen ja radan palautumisen jälkeen.

Georgia Techin sähkö- ja tietotekniikan apulaisprofessori Omer Inan on ajatellut tällaisen laitteen kehittämistä jo jonkin aikaa. Hän on entinen kiekonheittäjä Stanfordin yliopistossa ja vietti vuosia pyörteenä kuin tornado, jota polvia ei ole rakennettu, joten hän on itse kärsinyt melkoisesti polvikipuista.

”Minusta tuntuu aina, että polvi oli kiihtynyt tai popping enemmän, jos panisin enemmän stressiä siihen”, hän sanoo.


sisäinen tilausgrafiikka


Kun hän kuuli ensimmäiset ennätykset, jotka olivat alkuvaiheessa hienojakoisia, Inan oli iloinen. "Se oli odotettua voimakkaampaa ja paljon selkeämpää", mikä merkitsi välitöntä kehitystä. ”Se on vähän kuin jotakin Halloween-tavaraa. Kuuntelet luita, jotka hierovat toisiaan, tai ehkä rustoa. ”Lääkärit kutsuvat yhteistä halkeilua” crepitus ”.

Jotkut 100 vuosia sitten, lääkärit ajattelivat, että maila voisi sisältää viestin ja kuunnellut sitä stetoskoopeilla. Inan toivoo, että tulevaisuudessa lääketieteellinen tutkimus pohjautuu akustiseen tunnistustekniikkaan, jonka hänen ryhmänsä suunnittelee, ja lopulta purkaa äänen hyödyllisiksi kuvioiksi.

Tällä hetkellä tutkijat kuvaavat tallennetun äänen ja sovittavat sen yhteiseen liikealueeseen nähdäkseen, missä tarkalleen jalan ulottuvilla ja taivuttavilla polvilla luodaan creaksia ja popeja. Tuloksena on huiput ja kiihdytykset, jotka muistuttavat elektrokardiogrammaa tai muuta fysiologista signaalia.

Loukkaantuneen polven tuottama akustinen kuvio eroaa huomattavasti koskemattomasta polvesta. ”Se on epätavallista”, Inan sanoo. ”Terve polvi tuottaa yhtenäisemmän kuvion melua.”

Sotilaat ja toistuvat vammat

Yhdistettynä lääketieteelliseen tutkimukseen akustinen laite voi johtaa edullisiin, puettaviin näyttöihin, joista voisi olla hyötyä urheilijoille, jotka ovat ylikuormittaneet polvilleen, ja vanhuksille, jotka ovat liukastuneet ja kaatuneet. Työn rahoittanut DARPA haluaa vähentää taistelukentän toistuvia polvivammoja ja auttaa saamaan sotilaat takaisin turvallisuuteen.

”Mitä useimmat ihmiset eivät tiedä, on, että polven ja nilkan tuki- ja liikuntaelinten vammat ovat yksi tärkeimmistä syistä vastuuvapauden myöntämiselle aktiivisen palvelun jäsenille”, Inan sanoo. Selkäreput, jotka painavat jopa 100-puntaa, painavat sotilaita alas, kun he marssivat kymmeniä kilometrejä pitkin hankalaa maastoa, kiipeilevät taistelukenttien esteiden yli ja kuristavat ahdas paikoissa tunteja.

Ilman syksyä tai säröä sotilas voi purkaa leikkaukseen sitten kuntoutukseen. Ongelma saattaa tuntua kiinteiltä kuukausilta myöhemmin, mutta liian usein se ei ole, ja liian usein se johtuu uudelleenvammasta.

Leikkauksen ja hoidon jälkeen tämä polvi voi tuntua uudelta, mutta kun liikaa sotilas hyppää takaisin siihen, heikkoudet loukkaantumiskierroksesta. Tämän seurauksena uudelleenvammat ovat 10-kertoja useammin kuin alkuperäiset.

Edullinen kuluva laite voisi antaa sotilaille ja lääkäreille tulevaisuudessa palautetta polvista, jotka auttavat heitä välttämään merkittäviä uudelleenvammoja pidättäytymällä tarvittaessa suurista työmääristä.

Se voisi myös hyötyä palvelusjäsenille pitkällä aikavälillä. Yhteiset vammat yhdistyvät ajan mittaan ja asettavat eläkkeelle siirtyneille palvelujäsenille kipua ja liikkumisen pitkään siviilielämään. ”Sinulla voi olla varhaisen nivelrikon tapauksia”, Inan sanoo.

Vieraita ääniä

Mutta tässä vaiheessa Inanin tehtävänä on tallentaa äänet mahdollisesti hyödylliseksi, mikä on aiheuttanut joitakin haasteita. Polvinivelen ympärillä on nestettä, joka tukahduttaa nivelestä poistuvat ääniaallot. Myös silloin, kun potilas liikkuu, se aiheuttaa vieraita ääniä, jotka voivat hukuttaa hyödyllisiä ääniä.

”Se, että mittauksen on tapahduttava määritelmän mukaan liikkeen aikana, on haaste, koska et voi vain kertoa, että henkilö on edelleen ja välttää liikkeen esineitä”, hän sanoo.

Akustisen laitteen kehittämiseksi tutkijat yhdistivät mikrofoneja pietsosähköisellä kalvolla, joka on yliherkkä värähtelyanturi, joka kerää parhaan äänen, mutta on hyvin herkkä häiriöille. Ihoa vasten asetetut mikrofonit tekevät varmuuskopiosta ja käytännöllisemmästä laitteesta.

Polviohjain hyödyntää myös älypuhelimissa tavanomaista teknistä kehitystä. Mikroelektromekaaniset järjestelmämikrofonit tai MEMS yhdistyvät paremmin nykyiseen tekniikkaan kuin aikaisempiin teknologioihin perustuvat mikrofonit. Tämä tekee myös mikrofonit suorastaan ​​halpiksi - vain 50 senttiä dollariin.

DARPA Biologisten teknologioiden toimisto tuki työtä. Paperi julkaistaan ​​verkossa lehdessä IEEE-transaktiot biolääketieteen tekniikassa.

Lähde: Georgia-instituutti


Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon