自供電織物可以在機器學習的幫助下實時幫助糾正姿勢

姿勢是健康的重要組成部分。長時間的不良姿勢，例如無精打采或向一側傾斜，會導致疼痛和不適。它還被證明會增加患心血管疾病、視力問題、中風和肌肉骨骼疾病的風險。需要解決方案來幫助人們調整姿勢以預防這些問題并改善學生和久坐不動的人的健康。當前的監控解決方案存在限制，阻礙了它們的廣泛采用。為了解決這個問題，研究人員開發了一種舒適耐用的自供電織物，可以與傳感器配對以幫助實時糾正姿勢。

這種自供電織物是使用摩擦納米發電機(TENG) 開發的，它使用運動來收集為姿勢監測傳感器供電所需的能量。傳感器收集的數據由集成的機器學習算法處理，該算法可以提供即時反饋，在佩戴者需要調整姿勢時提醒他們。

該技術在 5 月 24 日發表在Nano Research上的論文中有所描述。

“人們在日常生活中經常以各種不良姿勢坐著，導致疼痛和不適，”論文作者、中國科學院北京納米能源與納米系統研究所副研究員董凱說。“如果人們能夠通過穿著由智能紡織品制成的特定類型的服裝來觀察他們的實時坐姿，這種‘坐姿疾病’就可以得到緩解。通過我們開發的自供電坐姿監測背心，用戶可以觀察他們的坐姿在他們的屏幕上進行更改并進行必要的調整。”

這種特殊織物是通過將尼龍纖維與導電纖維編織在一起而制成的。隨著織物的穿著者移動，纖維被拉伸和壓縮。兩根纖維之間的連續運動和接觸產生電流，這種現象稱為接觸帶電。

面料易拉伸、耐用、耐洗、透氣，可長時間穿著舒適。這使其成為長期姿勢監測的理想選擇。據論文作者、美國佐治亞理工學院材料科學與工程學院海塔爾學院院長王鐘林介紹，耐用性和舒適性等因素對于人們如何使用智能紡織品很重要。

“靈活性、可拉伸性和彎曲能力都會影響可穿戴傳感器的舒適度，”王說。“但這些因素也會影響織物的工作效果。織物由于其針織結構而表現出良好的拉伸性，這也增加了其輸出并產生更高的電壓。”

除了面料的舒適性，另一個重要方面是姿勢監測的可靠性。傳感器直接縫合到織物中，沿著頸椎、胸椎和腰椎的位置。這些姿勢有助于收集最常見的懶散姿勢的數據，例如駝背姿勢。傳感器收集的數據隨后由機器學習算法進行解釋，該算法處理有關佩戴者坐姿的信息，對他們的坐姿進行分類，并在出現提示時監控他們如何糾正姿勢。該系統能夠在96.6% 的時間內準確識別佩戴者的姿勢。

憑借這種可穿戴性和精確度的結合，研究人員希望這款自供電監控背心能夠幫助學生和久坐工作的人避免疼痛、不適和長期健康問題。“我們相信基于 TENG 的自供電監測背心為長期、無創監測提供了可靠的醫療保健解決方案，”董說。“這也拓寬了基于摩擦電的可穿戴電子產品的應用。”