E

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 9650 (2022) Citar este artigo

2113 Acessos

6 citações

Detalhes das métricas

Apresentamos um novo design para um traje de eletromiografia de superfície (sEMG) baseado em tecido eletrônico que incorpora tecidos condutores elásticos como eletrodos e interconecta-se dentro de uma vestimenta de compressão atlética. A abordagem de fabricação e montagem é uma combinação fácil de corte a laser e laminação por prensa térmica que fornece prototipagem rápida de designs em um ambiente de pesquisa típico, sem a necessidade de qualquer equipamento especializado de fabricação de têxteis ou vestuário. Os materiais utilizados são robustos ao desgaste, resistentes às altas tensões encontradas nas roupas e podem ser lavados à máquina. O traje produz qualidade de sinal sEMG comparável aos eletrodos adesivos convencionais, mas com maior conforto, longevidade e capacidade de reutilização. A eletrônica embarcada fornece condicionamento de sinal, amplificação, digitalização e poder de processamento para converter os sinais EMG brutos em uma estimativa de nível de esforço para flexão e extensão das articulações do cotovelo e joelho. Espera-se também que a abordagem que detalhamos aqui seja extensível a uma variedade de outros sensores eletrofisiológicos.

O monitoramento do sinal de biopotencial de disparo muscular, geralmente conhecido como eletromiografia (EMG), permite detecção e relatório dinâmicos e rápidos da localização e intensidade dos movimentos no corpo humano. Essa poderosa técnica tem sido utilizada para aplicações como controle de próteses1,2,3, monitoramento de saúde4,5,6 e interfaces homem-máquina transparentes7,8,9. Embora existam formas invasivas de EMG, a eletromiografia de superfície não invasiva (sEMG) é mais comum e aceita para a maioria das aplicações. O padrão ouro atual para sEMG envolve a fixação manual de eletrodos de gel temporários e amarrados à pele usando um adesivo. Embora esta tecnologia esteja bem estabelecida e produza sinais de alta fidelidade, sua dependência de géis condutores e sistemas volumosos de aquisição de dados degradam sua vida útil operacional, conforto e praticidade para monitoramento longitudinal. Como tal, existe a necessidade de desenvolver sensores sEMG de qualidade laboratorial que sejam ergonomicamente integrados em peças de vestuário de alto desempenho.

Para resolver esta questão, foram feitos esforços significativos de investigação na concepção e optimização de peças de vestuário que exploram a utilização de têxteis electrónicos (e-têxteis). Em contraste com os sistemas baseados em prata-cloreto de prata (Ag-AgCl), essas vestimentas sEMG vestíveis são circuitos híbridos que incorporam eletrodos flexíveis baseados em têxteis eletrônicos e interconexões10,11,12,13,14. Existem inúmeras técnicas para incorporar materiais condutores em uma peça de vestuário, incluindo bordados de fibras condutoras15,16,17,18,19, impressão de tintas condutoras20,21,22,23,24,25 e uso de adesivos para fixar tecidos condutores ao têxtil26. Dessas técnicas bem estabelecidas, o bordado e a estamparia são as mais comumente empregadas. No entanto, eles exigem habilidades especializadas para gerar padrões complexos e de alívio de tensão e ferramentas específicas para a indústria de vestuário que não são facilmente acessíveis ao laboratório de nível médio de pesquisa. Poucos estudos apresentam sistemas totalmente integrados de grandes áreas com otimização ponta a ponta para qualidade e capacidade de fabricação. Exceções dignas de nota são plataformas comerciais direcionadas com sistemas opacos e independentes que são caros e bloqueiam o acesso a dados brutos e não processados. Em contraste, a nossa abordagem baseada em adesivos centra-se na laminação a quente para fixar tecidos condutores ao tecido base, uma abordagem muito mais simples para a construção de vestuário. Além disso, como demonstrado neste trabalho, esta abordagem pode ser estendida perfeitamente para formar uma conexão fácil de tecido para placa de circuito com abas flexíveis de placa de circuito impresso para transmissão de sinal para componentes eletrônicos integrados.

Assim, para democratizar trajes sEMG de alta qualidade e grandes áreas, neste trabalho apresentamos uma vestimenta sEMG modular baseada em tecido eletrônico robusta, escalável e totalmente integrada, feita a partir de materiais comerciais prontamente disponíveis. Realizamos cuidadosa otimização de materiais e design para cada componente, caracterizamos o desempenho elétrico durante a tensão e a exposição e quantificamos as medições do nível de esforço para os músculos bíceps/tríceps, quadríceps/isquiotibiais e tibial anterior/gastrocnêmio. Além do nosso interesse imediato em sEMG baseado em têxteis, nossa abordagem cria um caminho para integrar eletrodos de pele de alta fidelidade e interconexões para uma variedade de sensores fisiológicos, incluindo eletrocardiograma (ECG), eletroencefalografia (EEG) e resposta galvânica da pele (GSR).