Hvordan kirigami kan hjælpe os med at studere atleters muskelaktivitet

De kommende Olympiske og Paralympiske Lege i Tokyo i 2020 repræsenterer en stor mulighed for regeringer til at fremme en sund livsstil og sport, og årtiskiftet er en fantastisk mulighed for at vise, hvordan den seneste teknologiske udvikling kan bruges til at hjælpe os med at forstå menneskelig bevægelse under sport. I denne henseende kombinationen af ​​højhastighedskameraer og elektromyografiske overfladesensorer, som registrerer den elektromyografiske aktivitet af palmemuskler, er blevet brugt til at opnå en bedre forståelse af den fine kontrol, atleter og sportsfolk udøver på deres håndflademuskler.

Imidlertid, konventionelle enheder til overfladeelektromyografi anvender små elektroder, der er fastgjort til huden og ledningerne, som begrænser den frie bevægelighed. Alt-i-et moduler indeholdende elektroder, forstærkere, og trådløse sendere hjælper kun til en vis grad med at løse dette problem; disse moduler er ikke egnede til visse dele af kroppen, som håndflader eller såler. Under pitching i baseball, for eksempel, bolden er i direkte kontakt med håndflademuskler, og integrerede moduler kan ikke anvendes uden at være til gene for brugeren. Selvom der blev brugt hudlignende elektroder, de involverede høje kræfter og friktion ville bryde dem fra hinanden. Dette har begrænset elektromyografiske undersøgelser til andre dele af arme og ben.

For at løse dette problem, et fælles forskerhold fra Waseda University og Kitasato University, Japan hentede inspiration fra en traditionel japansk kunstform kaldet kirigami, at forberede et holdbart hudlignende plaster til måling af den elektromyografiske aktivitet af palmemuskler, og har offentliggjort deres resultater i NPG Asia materialer . I modsætning til de bedre kendte origami , kirigami håndværk indeholder både papirfolder og udskæringer. Interessant nok, det er muligt at anvende kirigami -teknik til at skabe ultratynde isolerede ledende plader, der også stort set er bøjelige og strækbare.

"Ved at skære et ledende ark i et specielt kirigami-mønster og forsegle det med silikonegummi, vi har formået at skabe elastiske og isolerede ledninger, der minimerer det mekaniske misforhold mellem hud og enhed under træning, "rapporterer Dr. Kento Yamagishi fra Waseda University (pt. Singapore University of Technology and Design), avisens hovedforfatter. Disse ledninger blev kombineret med en anden af ​​deres tidligere opfindelser - ledende nanosheets, der kan bruges på håndfladen eller såler uden problemer.

Disse to enheder danner tilsammen en elastisk kirigami-patch, der kan fange elektromyografiske signaler i vanskelige områder og bære dem til en Bluetooth-enhed, der er placeret i en mindre påtrængende zone, såsom underarmen. Forskerholdet testede deres opfindelse ved at måle elektromyografiske signaler fra en af ​​håndflademusklerne på en erfaren baseballspiller, når de kaster curveballs og fastballs, at finde betydelige forskelle mellem begge typer kast.

"Vores elastiske kirigami -patch vil tjene som en minimalt opfattelig enhed til at undersøge aktiviteten af ​​atleternes håndflademuskler uden at forstyrre deres præstationer, " bemærkninger Assist. Prof. Tomoyuki Nagmi fra Kitasato University. "Dette overflade elektromyografiske målesystem vil muliggøre analyse af bevægelse i uudforskede palmemuskelområder, fører til en bedre forståelse af muskelaktivitet i en bred vifte af sportsgrene og endda kunstneriske eller musikalske optrædener, " Lektor Prof. Toshinori Fujie fra Waseda University (i øjeblikket, Tokyo Institute of Technology), hvem ledede forskningen, slutter. Der er også potentielle anvendelser inden for medicinsk forskning for i øjeblikket uforklarlige motoriske lidelser, såsom yips. Det er klart, at en bedre forståelse af vores egen krop under træning kan hjælpe os med at præstere bedre og føre en sundere livsstil.