Inspirado pela recuperação de um professor da Universidade de Michigan após um acidente de bicicleta, um patch inovador poderia trazer a avaliação das articulações humanas para o século 21.

O patch usa sensores eletrônicos para entender a amplitude funcional do movimento, em oposição às medições estáticas de hoje. Influenciado por kirigami, a arte japonesa de criar estruturas 3-D a partir de papel cortado, o sensor pode abraçar as curvas de uma junta e ainda pode ser fabricado de forma plana.

"O ombro em particular se move de uma maneira muito complexa. É uma das articulações mais bem articuladas do corpo, "disse Max Shtein, professor de ciência de materiais e engenharia da Universidade de Michigan, que bateu sua bicicleta e colaborou com seus alunos no trabalho.

"Ninguém conseguiu rastreá-lo adequadamente com qualquer coisa vestível, e ainda assim é a chave para tantas atividades nos esportes e na vida diária. "

Depois de quebrar sua clavícula, Shtein ficou consternado ao descobrir que seu fisioterapeuta avaliou a amplitude de movimento em seu ombro com um transferidor básico. O método está sujeito a grandes erros, e ele não tinha como repetir as medições em casa.

Ele percebeu que um sensor vestível poderia ter registrado todo o alcance de seu movimento e rastreado seus exercícios, mas é caro construir eletrônicos em estruturas curvas. Esse sensor precisaria ser fabricado de forma plana, mas ainda assim seria capaz de seguir o contorno do ombro de um paciente.

Ele e Erin Evke, estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais, surgiu com uma solução inspirada em kirigami. Ela cortou a laser uma fina folha de plástico em um labirinto de ovais concêntricos. A forma se separa quase como um Slinky, e os cortes se abrem em renda sobre o ombro.

"Se você pegar uma folha de papel e tentar envolvê-la em uma esfera, é impossível fazer isso sem dobrar ou enrugar o papel. Isso estressaria significativamente os sensores antes mesmo de sua medição começar, "Evke disse." Nosso padrão de corte evita esse problema.

Como essas estruturas se transformam de uma folha plana em uma folha sem rugas, Forma 3-D, eles podem ser fabricados com os existentes, tecnologias econômicas. Shtein estima que o custo de sensores individuais pode ser inferior a US $ 10, assumindo a produção em massa. Isso é muito menos do que o custo de uma única consulta de fisioterapia. Pode ser uma forma barata de melhorar os resultados dos pacientes.

Como prova de conceito, a equipe equipou o patch kirigami com dois medidores de tensão - um ao longo do canto do ombro para capturar a elevação e abaixamento do braço, e a outra na parte de trás do ombro para medir os movimentos do corpo cruzado.

Colaborando com pesquisadores que trabalham com Deanna Gates, professor associado de ciência do movimento na U-M, A equipe de Shtein cruzou os dados do sensor de kirigami com os movimentos do braço capturados por um sistema de rastreamento de movimento da câmera. O sistema usa marcadores reflexivos para rastrear as posições angulares do braço e as reconstrói em uma simulação de computador.

A equipe prevê que este tipo de sensor barato poderia ser dado a pacientes de fisioterapia, permitindo que eles registrem exercícios e vejam o progresso por meio de um aplicativo para smartphone. Isso pode ajudar a manter os pacientes honestos sobre a realização de seus exercícios e também fornecer informações mais detalhadas aos terapeutas sobre o progresso de cada paciente.

Evke, que competiu no atletismo da faculdade, também considera como ele poderia ser usado para ajudar os atletas a melhorar sua forma.

"Já que você pode ajustar o desenho do corte para combinar com as curvaturas de todas as diferentes partes do seu corpo, você pode gerar muitos dados que podem ser usados ​​para rastrear seu formulário, por exemplo, durante o levantamento, bem como a quantidade de tensão aplicada em suas articulações, ", disse ela." O usuário poderia ser alertado de forma inadequada em tempo real e, portanto, evitar lesões. "

Shtein ressaltou que não temos boas maneiras de medir as articulações e entender como cuidar delas. Trabalhos recentes sugerem que rupturas no ligamento cruzado anterior, uma grave lesão no joelho sofrida por muitos atletas, ocorrem como resultado de tensões cumulativas, em vez de uma única força excessiva. Problemas semelhantes ocorrem com a articulação do ombro. Sensores baratos podem medir tensões para que os atletas e treinadores possam reconhecer problemas em evolução e evitar lesões graves.

O estudo está publicado na revista Tecnologias de Materiais Avançadas .