Introducción

Es importante medir los movimientos antes de comenzar una rehabilitación, entrenamiento o ejercicios. Los sistemas de captura de movimiento que utilizan cámaras, acelerómetros y electrogoniómetros han sido estudiados extensivamente. Aunque los sistemas de captura de movimiento son capaces de mediciones precisas, son incómodos de utilizar. Las mediciones deben ajustarse en base a las características de la personas. Por otra parte, la construcción de los sistemas sensores requiere un equipo bastante sustancial y pesado. Los principales inconvenientes de los sistemas de captura de movimiento disponibles en el mercado actual son su peso y rigidez.

Las soluciones textiles se están adaptando para la construcción de un sistema de detección que sea cómodo para el usuario. Se han realizado varios estudios para demostrar que un sensor textil es un dispositivo eléctrico práctico y usable. Las telas electrónicas (e-textiles) se utilizan en la del entretenimiento y la industria de la moda, así como para la comunicación, detección y seguimiento, incluso para la localización de posición.

No sólo la rigidez es una limitante en el desarrollo de estas tecnologías, sino que la pobre resistencia a la tensión obliga a trabajar en mejoras que permitan realizar mediciones dinámicas con gran repetitividad. Por lo tanto una aplicación particularmente interesante para e-textiles es el uso como sensores de resistencia a la tensión.

El tejido de Lycra exhibió una recuperación incompleta con la limitante del deslizamiento de las fibras en hilados o la extensión permanente de las fibras. La extensión permanente de las fibras depende de la viscoelasticidad de la fibra utilizada. Mattmann desarrolló un sensor de tensión utilizando una mezcla de partículas de carbón negro y elastómero termoplástico. Otros tipos de tejidos fueron utilizados y han presentado sus propias limitantes.

En un estudio previo de los autores de este trabajo se utilizó un tejido que demostró tener sensibilidad de alta resistencia a la tracción, y otras cualidades.

En el presente estudio se ha desarrollado un dispositivo detector de gestos usable que consiste en un sensor de tensión de resistencia textil, basado en correas elásticas conductoras, para monitorear el ángulo de flexión durante los movimientos del codo y la rodilla. Se ha establecido la ecuación de resistencia al ángulo de flexión del sensor de tensión-resistencia textil y luego evaluó el rendimiento del dispositivo sensor usable para monitorear el ángulo de flexión durante los movimientos del codo y la rodilla.

Sección experimental

Materiales
Se utilizó una fibra conductora elástica hecha con hilos conductores e hilos elásticos. La fibra fue recubierta con partículas de carbón (fibra PAC) y con un diámetro de 50 μm fue utilizada como la fibra conductora. Quince fibras PAC se torcieron con un hilo de poliéster a una velocidad de 80 vueltas por metro para formar un hilo conductor con un diámetro de 420 μm. A continuación, una fibra Lycra fue envuelta en cruz con hilados de poliéster en dos para formar un hilo elástico con un diámetro de 800 μm.

El montaje de los sensores y calibración

Se han montado las fibras en un soporte para medir el ángulo de flexión y resistencia.

La distancia entre los electrodos se fijó en 50 mm y la longitud de medida de las correas elásticas conductoras fue de 100 mm. Para obtener una resistencia estable al medir el ángulo de resistencia a la flexión, la fibra conductora elástica fue colocada en un plano sobre el dispositivo de soporte. Una cincha fue conectada con las correas elásticas conductoras. El ángulo de flexión del sensor aparatos de detección fue grabado usando un transportador y el cambio en la resistencia de los conductor elástica entre dos electrodos se midió durante el movimiento de flexión-recuperación. La relación entre el ángulo de flexión y la resistencia de los conductores elásticos en los ciclos de flexión-recuperación puede establecerse mediante el los sensores montados en el dispositivo de soporte.

Diseño del Sensor de tensión textil

Un sensor de tensión textil fue utilizado en el dispositivo de detección de gestos para determinar la resistencia en respuesta a la tensión.

El sensor de tensión textil consistió en las correas elásticas conductoras, dos electrodos, dos cables, un junta de politetrafluoroetileno y una cinta no elástica.

La cinta no elástica fue conectada con las correas elásticas conductivas para tirar de la cinta conductora elástica durante el movimiento de flexión-recuperación. Un tubo de cobre colocado en la junta fue utilizado como un electrodo y un hilo de acero inoxidable fue utilizado como el electrodo conectado con la elástica conductora. La distancia entre los dos electrodos se fijó en 50 mm. Así se puede medir el cambio en la resistencia del sensor de tensión textil durante los movimientos de estiramientos y recuperación. Basado en la relación entre el ángulo de flexión y la resistencia de los conductores elásticos en los ciclos de flexión-recuperación, se puede obtener así la relación entre el ángulo de flexión y la resistencia del sensor de tensión textil durante el estiramiento y recuperación.

Diseño del dispositivo sensor usable
El sensor de tensión textil fue colocado en posición recta en las extremidades para monitorear el ángulo de flexión durante el movimiento del codo o la rodilla. Con el fin de asegurar la estabilidad de la resistencia al medir el ángulo de resistencia a la flexión, se utilizó un tejido firme para fijar el sensor de tensión textil.

Resultados y discusión
Los resultados muestran que la resistencia de los conductores elásticos es proporcional a la elongación durante los ciclos de recuperación en los tramos extensibles.

La fibra conductora elástica tiene una buena relación lineal entre el ángulo de flexión y resistencia durante los ciclos de flexión recuperación dentro de una tensión del 30%.

Con el fin de establecer las ecuaciones de resistencia al ángulo de flexión de los sensores usables para los movimientos del codo y la rodilla.

Los resultados obtenidos en el experimento con sensores en telas son consistentes con los resultados detectados con los aparatos de detección de gestos. Esto sugiere que el dispositivo usable es capaz de controlar los ángulos de flexión durante los movimientos del codo y la rodilla.

Conclusiones

Los sensores usables fueron utilizados para supervisar los ángulos de flexión durante los movimientos del codo y la rodilla. Los resultados mostraron que el dispositivo portátil de detección basado en un sensor de tensión textil para la supervisión de los ángulos de flexión durante los movimientos del gesto y de la rodilla se puede implementar con éxito. Las principales ventajas del proyecto de sensores usables en telas son precisión de medición, portabilidad y la capacidad de monitoreo ángulos de flexión durante los movimientos del codo y la rodilla sin ningún tipo de molestias.

Cometarios

Este tipo de tecnologías ya están siendo utilizadas, por lo que lo nuevo que aporta este trabajo, radica en la mejora de las telas, que están próximas a comercializarse en mercados específicos. El mayor uso se verá en rehabilitación, deportología, robótica y otras disciplinas en constante evolución.

♦ Resúmen: Dr. Daniel Luna . Jefe del Dpto de Informática Hospital Italiano de Buenos Aires