Sicuro, sensori morbidi sulla parte superiore e sulla punta del dito indice rilevano i movimenti, sforzo e forza del dito durante l'esecuzione di diverse attività, come flettere ed estendere il dito e sollevare pesi e scatole. Credito:Siyi Xu, Daniel M. Vogt, e Andreas W. Rousing/Harvard SEAS
I bambini nati prematuramente sviluppano spesso disabilità dello sviluppo neuromotorio e cognitivo. Il modo migliore per ridurre l'impatto di tali disabilità è individuarle precocemente attraverso una serie di test cognitivi e motori. Ma misurare e registrare con precisione le funzioni motorie dei bambini piccoli è complicato. Come ti dirà qualsiasi genitore, i bambini tendono a non gradire indossare dispositivi ingombranti sulle mani e hanno una predilezione per l'ingestione di cose che non dovrebbero.
I ricercatori dell'Università di Harvard hanno sviluppato un soft, sensore indossabile non tossico che si attacca discretamente alla mano e misura la forza di una presa e il movimento della mano e delle dita.
La ricerca è stata pubblicata su Materiali funzionali avanzati ed è una collaborazione tra la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Centro medico Beth Israel Deaconess, e l'ospedale pediatrico di Boston.
Un nuovo elemento del sensore è un non tossico, soluzione liquida altamente conduttiva.
"Abbiamo sviluppato un nuovo tipo di liquido conduttivo che non è più pericoloso di una piccola goccia di acqua salata, " disse Siyi Xu, uno studente laureato presso SEAS e primo autore del documento. "È quattro volte più conduttivo rispetto alle precedenti soluzioni biocompatibili, portando a più pulito, dati meno rumorosi."
L'Office of Technology Development di Harvard ha depositato un portafoglio di proprietà intellettuale relativa all'architettura di nuovi sensori soft e sta cercando opportunità di commercializzazione per queste tecnologie.
Sicuro, sensori morbidi sulla parte superiore e sulla punta del dito indice rilevano i movimenti, sforzo e forza del dito durante l'esecuzione di diverse attività, come flettere ed estendere il dito e sollevare pesi e scatole. (Immagine/video per gentile concessione di Siyi Xu, Daniel M. Vogt, e Andreas W. Rousing/Harvard SEAS) Credito:Siyi Xu, Daniel M. Vogt, e Andreas W. Rousing/Harvard SEAS
La soluzione di rilevamento è costituita da ioduro di potassio, che è un comune integratore alimentare, e glicerolo, che è un comune additivo alimentare. Dopo un breve periodo di miscelazione, il glicerolo rompe la struttura cristallina dello ioduro di potassio e forma cationi di potassio (K+) e ioni ioduro (I-), rendendo il liquido conduttivo. Poiché il glicerolo ha una velocità di evaporazione inferiore rispetto all'acqua, e lo ioduro di potassio è altamente solubile, il liquido è sia stabile in una gamma di temperature e livelli di umidità sia altamente conduttivo.
"I precedenti sensori morbidi biocompatibili sono stati realizzati utilizzando soluzioni di cloruro di sodio-glicerolo, ma queste soluzioni hanno una bassa conduttività, il che rende i dati del sensore molto rumorosi, e ci vogliono anche circa 10 ore per la preparazione, " ha detto Xu. "Abbiamo ridotto il tempo a circa 20 minuti e otteniamo dati molto puliti."
Il design dei sensori tiene conto anche delle esigenze dei bambini. Piuttosto che un guanto ingombrante, il sensore in gomma siliconica si trova sulla parte superiore del dito e sul polpastrello.
"Spesso vediamo che i bambini che nascono presto o a cui sono stati diagnosticati disturbi precoci dello sviluppo hanno una pelle molto sensibile, " disse Eugene Goldfield, coautore dello studio e Professore Associato nel Programma in Scienze Comportamentali presso il Boston Children's Hospital e la Harvard Medical School e membro della Facoltà Associata del Wyss Institute presso l'Università di Harvard. "Attaccandosi alla parte superiore del dito, questo dispositivo fornisce informazioni accurate mentre aggira la sensibilità della mano del bambino."
Goldfield è il ricercatore principale del progetto Flexible Electronics for Toddlers presso il Wyss Institute, che progetta sistemi robotici modulari per bambini nati prematuri e a rischio di paralisi cerebrale.
Goldfield e i suoi colleghi attualmente studiano la funzione motoria utilizzando il Motion Capture Lab presso SEAS e Wyss. Sebbene il motion capture possa dire molto sul movimento, non può misurare la forza, fondamentale per la diagnosi delle disabilità dello sviluppo neuromotorio e cognitivo.
"La diagnosi precoce è il nome del gioco quando si tratta di trattare queste disabilità dello sviluppo e questo sensore indossabile può darci molti vantaggi non attualmente disponibili, " ha detto Goldfield.
Questo documento ha testato il dispositivo solo su mani di adulti. Prossimo, i ricercatori hanno in programma di ridimensionare il dispositivo e testarlo sulle mani dei bambini.
"La capacità di quantificare i movimenti umani complessi ci offre uno strumento diagnostico senza precedenti, "dice Rob Wood, il Charles River Professor di Ingegneria e Scienze Applicate presso SEAS, Membro fondatore della facoltà principale del Wyss Institute, e autore senior dello studio. "L'attenzione allo sviluppo delle capacità motorie nei bambini presenta sfide uniche su come integrare molti sensori in un piccolo, leggero, e discreto dispositivo indossabile. Questi nuovi sensori risolvono queste sfide e se riusciamo a creare sensori indossabili per un compito così impegnativo, crediamo che questo aprirà anche applicazioni nella diagnostica, terapeutici, interfacce uomo-computer, e realtà virtuale".
