未来的可穿戴设备可以告诉我们如何为人类运动提供动力

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对于运动员和周末战士来说,过早地从肌腱损伤中恢复常能确保身体康复。然而,威斯康星大学开发的一项新技术——麦迪逊工程师有一天会帮助你判断你的肌腱是否准备好了。

由UW-麦迪逊机械工程教授Darryl Thelen和研究生Jack Martin领导的一组研究人员设计了一种非侵入性测量肌腱张力的新方法,当一个人从事诸如行走或跑步之类的活动时。

未来的可穿戴设备可以告诉我们如何为人类运动提供动力这一进展可以为电机控制和人体运动机制提供新的见解。它也适用于骨科、康复、人体工程学和运动等领域。研究人员在4月23日发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中描述了他们的方法。

肌肉通过拉动肌腱产生关节运动,肌腱是将肌肉连接到骨骼的组织带。但是评估肌腱在活体内传递的力是很棘手的。

“目前,穿戴者可以测量我们的运动,但不提供产生运动的肌肉力量的信息,”Thelen说,他的工作得到了美国国立卫生研究院的支持。

为了克服这一挑战,Thelen和他的合作者开发了一种简单、无创的装置,可以很容易地安装在肌腱上的皮肤上。该装置使研究人员通过观察肌腱在加载过程中的振动特性如何变化,如运动过程中肌腱的力来评估肌腱力。

这种现象类似于吉他弦,弦中的张力改变了振动响应。当吉他弦被拔出时,沿弦运动的波的速度,因而振动频率,与施加在弦上的张力或力有关。

WPA60260602IMG“我们找到了一种测量振动特性的方法——在这种情况下,沿着腱运动的剪切波的速度,然后我们进一步确定如何解释这个测量,以找到腱内的张应力。”Thelen说。

新的测量波速的系统是便携式的,相对便宜。它包括一个机械装置,轻轻地拍打肌腱每秒50次。每个水龙头在肌腱中产生一个波,两个微型加速度计决定它的传播速度。

研究人员使用该装置测量跟腱上的力量,以及髌骨和腘绳肌腱。在每一种情况下,当使用者改变步态时,他们可以测量肌腱中发生的变化,例如,通过改变步长或速度。

通过测量肌肉和肌腱在人体内的行为,这个系统最终可以使临床医生对肌肉骨骼疾病和受伤的患者制定更有效的治疗方案。

Thelen说:“我们认为这项新技术的潜力很高,无论是从基础科学角度还是从临床应用来看都是如此。”例如,肌腱力量措施可用于指导步态障碍个体的治疗。客观地评估修复肌腱何时能充分愈合,使其正常活动,并允许患者恢复活动,这也是有用的。

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