Fremtidens bærbar enhed kan fortælle, hvordan vi driver menneskelig bevægelse

Både for atleter og weekendkrigere, at vende tilbage fra en seneskade for tidligt sikrer ofte en tur lige tilbage til fysioterapi. Imidlertid, en ny teknologi udviklet af University of Wisconsin-Madison ingeniører kunne en dag hjælpe med at fortælle, om dine sener er klar til handling.

Et team af forskere ledet af UW-Madison maskiningeniørprofessor Darryl Thelen og kandidatstuderende Jack Martin har udtænkt en ny tilgang til ikke-invasivt at måle senespændinger, mens en person deltager i aktiviteter som at gå eller løbe.

Dette fremskridt kunne give ny indsigt i motorstyring og mekanik i menneskelig bevægelse. Det kan også gælde områder, der spænder fra ortopædi, genoptræning, ergonomi og sport. Forskerne beskrev deres tilgang i et papir, der blev offentliggjort i dag (23. april, 2018) i journalen Naturkommunikation .

Muskler genererer bevægelse ved led ved at trække i sener, som er vævsbånd, der forbinder muskler med skelettet. Men at vurdere de kræfter, der overføres af sener inde i en levende persons krop, er vanskelig.

"I øjeblikket, wearables kan måle vores bevægelse, men giver ikke oplysninger om de muskelkræfter, der genererer bevægelsen, siger Thelen, hvis arbejde understøttes af National Institutes of Health.

For at overvinde denne udfordring, Thelen og hans samarbejdspartnere udviklede en enkel, ikke -invasiv enhed, der let kan monteres på huden over en sener. Enheden gør det muligt for forskerne at vurdere senekraft ved at se på, hvordan senens vibrationsegenskaber ændres, når den undergår belastning, som det gør under bevægelse.

Dette fænomen ligner en guitarstreng, hvor spændingen i strengen ændrer vibrationsresponsen. Når en guitarstreng plukkes, bølgens hastighed, der bevæger sig langs strengen, og dermed vibrationsfrekvensen, er relateret til spændingen, eller magt, anvendt på strengen.

"Vi har fundet en måde at måle vibrationskarakteristika på - i dette tilfælde, hastigheden af ​​en forskydningsbølge, der bevæger sig langs en sen - og så gik vi videre og bestemte, hvordan vi kan fortolke denne måling for at finde trækbelastningen i senen, "Siger Thelen.

Det nye system til måling af bølgehastighed er bærbart og relativt billigt. Det indeholder en mekanisk enhed, der let tapper senen 50 gange i sekundet. Hvert tryk starter en bølge i senen, og to miniatureaccelerometre bestemmer, hvor hurtigt den kører.

Forskerne har brugt enheden til at måle kræfter på akillessenen, samt knæ- og lårbenet. I hvert tilfælde, de kan måle, hvad der sker i senen, når brugere ændrer deres gangart - f.eks. ved at ændre trinlængde eller hastighed.

Ved at måle, hvordan muskler og sener opfører sig i den menneskelige krop, dette system kan i sidste ende gøre det muligt for læger at planlægge mere effektive behandlinger til patienter, der lider af muskuloskeletale sygdomme og skader.

"Vi tror, ​​at potentialet i denne nye teknologi er stort, både fra et grundlæggende videnskabeligt synspunkt og til kliniske anvendelser, "Siger Thelen." F.eks. senekræftforanstaltninger kunne bruges til at guide behandlinger af personer med gangforstyrrelser. Det kan også være nyttigt at objektivt vurdere, hvornår en repareret sen er tilstrækkeligt helet til at fungere normalt og give en person mulighed for at vende tilbage til aktivitet. "