科技：基于織物壓力傳感器的智能鞋系統(tǒng)
足部信息特別是足底壓力的時(shí)空分布，對(duì)于鞋類設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、步態(tài)和足部相關(guān)疾病的診療具有重要意義。現(xiàn)有的足底信息測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法提供簡(jiǎn)便舒適的長(zhǎng)時(shí)間戶外監(jiān)測(cè)，僅限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)或者醫(yī)院診所中使用。我們提出了基于織物壓力傳感器的智能鞋系統(tǒng)，用于測(cè)量并記錄足底壓力分布，溫濕度，三維加速度信息。它在試穿試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的準(zhǔn)確度、重復(fù)性和舒適度，可用于24小時(shí)或以上長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)足部測(cè)試。
足部信息包括足底壓力、剪切力、溫濕度、步態(tài)模式等對(duì)于足部研究，相關(guān)疾病診斷、人體生理狀況評(píng)估、以及鞋類設(shè)計(jì)都有極其重要作用。作為最重要的足部信息：足底壓力主要用于鞋類設(shè)計(jì)和舒適度評(píng)估;運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練，比如平衡、步法、前腳落地站立等訓(xùn)練;步態(tài)分析及復(fù)健，包括正常步態(tài)、內(nèi)外八字，腳掌外翻，帕金森癥，中風(fēng)病人失衡等;病理足檢測(cè)，比如扁平足、糖尿病足、足內(nèi)翻外翻等。
目前的足部信息測(cè)量系統(tǒng)主要包括兩類：平臺(tái)系統(tǒng)和鞋內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)。平臺(tái)系統(tǒng)通常嵌入在走道中，比如Novel公司的EMED傳感器矩陣平臺(tái)，廣泛地應(yīng)用于糖尿病足的臨床測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室的步態(tài)研究等。
這一類測(cè)試設(shè)備僅限于室內(nèi)的赤腳測(cè)量。鞋內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)可以記錄鞋內(nèi)的腳底壓力，比如Tekscan公司的F-scan設(shè)備和Novel公司的Pedar系統(tǒng)，都在臨床和實(shí)驗(yàn)研究中廣泛應(yīng)用。但是這兩套測(cè)試系統(tǒng)都要求測(cè)試者佩戴沉重碩大的處理模塊以及復(fù)雜的連線，造成測(cè)試者在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不方便和不舒適，影響正常步態(tài)以至于影響測(cè)試結(jié)果。該研究領(lǐng)域也有學(xué)者發(fā)明出無(wú)線鞋底測(cè)試系統(tǒng)，消除了復(fù)雜連線對(duì)測(cè)試者的影響。此類系統(tǒng)主要采用壓電薄膜，壓敏電阻，但此類傳感元件抗疲勞性能差，易折損，無(wú)法長(zhǎng)期多次使用。目前的研究多局限于實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)院內(nèi)，室外環(huán)境下長(zhǎng)期測(cè)量的報(bào)告較少。
為了檢測(cè)到各種運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期足底信息，測(cè)試系統(tǒng)需要具備以下的條件：系統(tǒng)的可穿戴性;傳感元件具有較高的準(zhǔn)確度及較好的抗疲勞性能，適合長(zhǎng)期多次使用;舒適度和簡(jiǎn)便性，以降低系統(tǒng)對(duì)測(cè)試者正常步態(tài)的干擾;無(wú)線傳輸以降低系統(tǒng)連線復(fù)雜度。基于這4點(diǎn)要求，我們提出了基于織物壓力傳感器的智能鞋系統(tǒng)，適用于長(zhǎng)期連續(xù)的動(dòng)態(tài)足底信息監(jiān)測(cè)。
研究小組利用碳納米涂層導(dǎo)電織物，研發(fā)了一系列的柔性織物壓力傳感器，并且已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)?？椢飰毫鞲衅鞑捎霉枘z封裝，防塵防濕。柔軟度接近人體皮膚，可以保證日常活動(dòng)中的穿戴舒適度。高靈敏度可以簡(jiǎn)化后端的處理電路，提高測(cè)量精度。其良好的抗疲勞性能對(duì)于長(zhǎng)期測(cè)量極其重要，適合于鞋底的長(zhǎng)期穿著。
織物壓力傳感器和溫濕度傳感器都集成在鞋墊中。其位置通過(guò)F-scan系統(tǒng)檢測(cè)到的足底高壓部位和醫(yī)生建議的功能測(cè)量部位決定?？椢飰毫鞲衅鞅火そY(jié)在柔性軟線路板上，并與鞋墊黏合，配置無(wú)限區(qū)域傳感網(wǎng)絡(luò)，采用藍(lán)牙將傳感數(shù)據(jù)傳送到智能手機(jī)上，并通過(guò)Wi-Fi轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)中心?；诳椢飰毫鞲衅鞯闹悄苄到y(tǒng)，適用于長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)足底信息監(jiān)測(cè)，包括足底壓力分布，溫濕度和三維加速度信息。研發(fā)了不同的智能鞋版本，適用于普通人、糖尿病人、帕金森病人等的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以在智能手機(jī)，電腦中顯示、處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明智能鞋系統(tǒng)穿著舒適度達(dá)到合格以上標(biāo)準(zhǔn)。
