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电子设备通过Kirigami整合到肌肉中

丰桥工业大学电气与电子信息工程系和EIIRIS的研究团队开发了一种用于EMG录音的甜甜圈形千纸鹤装置。所提出的装置减少了在大的可变形肌肉表面上的装置位移。准确而可靠的EMG录音提供了基于EMG信号的人机界面,允许对被截肢者进行假肢控制。他们的研究结果发表在2019年12月5日的Advanced Healthcare Materials上。该文章还出现在封底内页上。

在基于EMG信号的人机界面中,准确而可靠的EMG信号记录是必需的,以允许使用截肢者的残留肌肉对假肢进行控制。在2017年,同一研究团队先前提出了一种电极装置使用kirigami结构将电子设备与生物组织紧密结合。(Y. Morikawa等人)折纸结构的显着潜力源于其高拉伸性,包括其高应变比和在器械拉伸期间需要施加的较小力。可以将折纸结构以低应变力拉伸,并且其机械特性类似于软生物组织,例如大脑和肌肉。然而,在不移位电极的情况下获得准确而可靠的生物信号记录是具有挑战性的。当将折纸装置应用到经受大变形的生物组织(如心脏和肌肉)时,装置发生移位。

丰桥工业大学电气工程学系和EIIRIS的研究小组开发了用于EMG记录的甜甜圈形切纸器,以解决肌肉变形过程中设备移位的问题。

甜甜圈形的千纸鹤结构能够从2D甜甜圈形状转变为3D圆柱形状。圆柱形状适用于许多球形或圆柱状的可变形生物组织(例如上肢,下肢,手指,腹部和心脏)。甜甜圈形的折纸设备执行对目标组织的固定机制,并在组织变形过程中减少设备位移,同时将对生物组织的压力降至最低。通过鼠标后肢的EMG信号记录证实了该设备的记录能力,这表明该设备可用于基于EMG的人机界面。

“使用传统的片状kirigami装置进行的首次演示无法跟随跳动的心脏的变形。我们讨论了该装置的结构,这使该装置能够跟随可变形的组织。在初步实验中,我们使用了经过图案化处理的纸张通过盒切刀切入拟议的甜甜圈形状的折纸形状中,我们展示了其对肌肉的可拉伸和变形能力,但是不确定微型甜甜圈-折纸装置是否显示了这些性质,我们对其进行了探索通过使用微细加工工艺和器件特性来制造器件,我们证实了所制造的器件表现出了我们的想法所期望的变形,”该论文的第一作者博士解释说。候选人森川佑介。

甜甜圈形状的折纸装置在耐久性和微电极的密集阵列方面仍需要进一步改进。此外,如果长期使用,应弄清楚装置植入对生物组织的影响。然而,期望所提出的设备适用于基于EMG的人机界面,并且有助于改善被截肢者的生活质量。

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