p A eletromiografia de superfície (sEMG) é amplamente usada para investigar o movimento humano, incluindo o desempenho atlético. Os arremessadores de beisebol exigem movimentos muito precisos para lançar a bola para a zona de rebatida, onde o músculo da palma desempenha um papel fundamental durante o movimento. Gravar o sEMG da palma da mão pode ajudar a analisar o movimento durante o lançamento de beisebol, Contudo, os dispositivos atualmente disponíveis são volumosos com eletrodos rígidos que impedem o movimento natural do usuário. Kento Yamagishi e uma equipe de pesquisadores da Escola de Ciência e Engenharia Avançada, Faculdade de Esportes, e Fabricação e Design Digital no Japão, portanto, descreveu um novo adesivo de contato com a pele. O dispositivo vestível continha fios extensíveis baseados em kirigami e bioeletrodos ultraconformáveis ​​baseados em nanofolhas de polímero condutor. A equipe de pesquisa projetou o dispositivo para resolver a incompatibilidade mecânica entre a pele humana e os eletrônicos e publicou os resultados em Nature Asia Materials . p O dispositivo continha um projeto de fiação inspirado em kirigami e uma estrutura de gradiente mecânico de bioeletrônica flexível baseada em nanosheet para formar uma construção vestível em massa. A abordagem do projeto amorteceu o estresse mecânico aplicado aos bioeletrodos de contato com a pele durante um movimento de balanço do braço. Mais especificamente, Yamagishi et al. mediu a EMGs no músculo abdutor curto do polegar (APBM) em um jogador de beisebol durante o lançamento. A equipe de pesquisa observou diferenças na atividade do MAPA entre diferentes tipos de arremessos de bola rápida e bola curva. Os resultados permitirão que eles analisem o movimento em áreas musculares inexploradas, como a palma da mão e a planta do pé. O trabalho levará a uma análise mais profunda da atividade muscular durante uma série de atividades esportivas e outros movimentos.

p Dispositivos vestíveis podem facilitar medições precisas de sEMG durante o exercício por meio de gravações com pequenos eletrodos anexados à superfície da pele e conectados a um amplificador com fios / No entanto, tais dispositivos podem restringir movimentos vigorosos. O músculo da palma desempenha um papel fundamental para os arremessadores de beisebol, exigindo um movimento muito preciso dentro de uma janela de dois milissegundos para lançar a bola na zona de rebatida. Uma vez que a bola toca diretamente o músculo da palma, obter gravações sEMG da palma da mão durante um arremesso real é extremamente difícil. Além disso, se os pesquisadores colocassem eletrodos na palma da mão em vez do músculo da palma, é provável que estique os fios condutores devido às flexões do punho. Como resultado, os pesquisadores haviam restringido anteriormente as análises de EMGs durante o arremesso de beisebol até o cotovelo, músculos escapulares e extremidades inferiores e superiores sem examinar o músculo da palma durante o lançamento da bola.

p No presente trabalho, Yamagishi et al. abordou o problema desenvolvendo um adesivo de contato com a pele contendo eletrodos ultraconformáveis ​​baseados em nanofolha de polímero condutor e fiação elástica baseada em "kirigami". Kirigami é um tipo de arte em papel japonesa amplamente utilizada no campo da eletrônica elástica devido à sua flexibilidade. A técnica pode tornar materiais bidimensionais (2-D) rígidos e geralmente não extensíveis, como grafeno e nanocompósitos de nanotubos de carbono, para serem extensíveis por meio de deformação 3-D. Para conectar bioeletrodos baseados em nanosheet e um modo vestível em massa, Yamagishi et al. projetou e desenvolveu um sistema de fiação baseado em kirigami que possui os seguintes recursos.

1. Adesão à pele conformável à base de membrana 2-D
2. Flexibilidade com mudanças mínimas na resistência, e
3. Uma estrutura totalmente isolada com uma camada condutora e camadas isolantes elastoméricas com padrão kirigami.

p Os pesquisadores reuniram os constituintes para formar um dispositivo de contato com a pele do tipo adesivo, que eles chamaram de "patch kirigami elástico". Eles realizaram medições precisas de sEMG usando o dispositivo e obtiveram sinais do músculo abdutor curto do polegar (APBM) durante o lançamento por jogadores de beisebol experientes. Eles sincronizaram os sinais sEMG e a aceleração do braço com fotografias sequenciais do movimento de arremesso usando câmeras de alta velocidade.

p O dispositivo desenvolvido pelos cientistas pode medir os sinais sEMG da palma da mão de uma maneira minimamente perceptível para o usuário. Por esta, eles usaram filmes ultrafinos de polímero condutor com base em poli (3, 4-etileno dioxitiofeno):poli (estireno-sulfonato) (PEDOT:PSS) conhecido como "nanofolhas condutoras" para formar os eletrodos ultraconformáveis ​​de contato com a pele. A equipe havia investigado anteriormente a estabilidade mecânica e elétrica das nanofolhas condutivas baseadas em PEDOT:PSS contra o suor e descobriu que elas mantinham a função elétrica com integridade estrutural após imersão em suor artificial por 180 minutos. As nanofolhas condutoras elásticas de duas camadas contendo PEDOT:PSS e copolímero tribloco de poliestireno-polibutadieno-poliestireno (SBS) aderiram de forma conformada à pele humana sem quaisquer reagentes adesivos e sem interferir com a deformação natural da pele.

p O PEDOT:nanofolha condutiva de duas camadas PSS / PBS no estudo tinha uma espessura de 339 ± 91 nm, condutividade de 500 S / cm e rigidez flexural inferior a 10 ^-2 nNm (medidor de nanonewton). A flexibilidade, a elasticidade e a natureza robusta da nanofolha SBS permitiram que a nanofolha condutora de duas camadas se conformasse à adesão à pele por meio de forças de van-der-Waals sem agentes adesivos. Yamagishi et al. testou a estabilidade mecânica e elástica das nanofolhas no músculo da palma de um sujeito contra alongamentos e contrações mecânicas repetitivas. Eles colocaram duas folhas de filmes finos de poliimida pulverizada com Au em cada lado da nanofolha para fornecer contato elétrico com as nanofolhas.

p Depois disso, eles cobriram a nanofolha e os filmes finos de poliimida pulverizada com Au com um gesso adesivo transparente à base de poliuretano. Os pesquisadores mediram a resistência da nanofolha em seu estado inicial e após a contração / alongamento do músculo da palma. Eles não observaram danos, mesmo após ciclos repetitivos de alongamento e contrações para demonstrar claramente a consistência da estrutura e propriedade elétrica do eletrodo de nanofolha, mesmo na tensão máxima da palma. Os resultados sugerem sua adequação para funcionar como bioeletrodos sob ciclos repetitivos de alongamento ou contração. A equipe construiu e testou o sistema de fiação kirigami para investigar suas propriedades mecânicas e elétricas e detectou as propriedades mecânicas do sistema de fiação usando um testador de tração. O sistema de fiação elástica demonstrou elasticidade à base de kirigami híbrido e elasticidade à base de borracha de silicone.

p A equipe de pesquisa conduziu testes extensivos em laboratório para entender a propriedade de isolamento da fiação kirigami e a recuperação da forma após o alongamento e a contração. Para testar o dispositivo de contato com a pele otimizado com um patch kirigami elástico e um módulo Bluetooth, eles mediram a impedância de contato do eletrodo com a pele antes e depois que os participantes executaram um movimento de braço. Os cientistas compararam os resultados com uma amostra não-kirigami. Usando três câmeras de alta velocidade, eles capturaram o movimento de arremesso dos participantes para investigar o padrão de sinal SEMG entre o APBM e outros músculos.

p Yamagishi et al. em seguida, investigou o movimento de arremesso em cinco fases distintas; encerrar, armar cedo, engatilhar tarde, aceleração e acompanhamento. Eles creditaram a dificuldade geralmente observada para os arremessadores controlarem as bolas curvas (em comparação com as bolas rápidas), ao fortalecimento e enfraquecimento da atividade de APBM, aproximadamente -0,5 segundos após lançar uma bola curva. As análises eletromiográficas do APBM durante o movimento de arremesso com o patch kirigami elástico intacto indicaram que os arremessadores controlavam a atividade do músculo da palma durante a fase inicial de armar antes de soltar a bola.

p Desta maneira, Kento Yamagishi e colegas de trabalho desenvolveram um dispositivo de contato com a pele com um sistema de fiação elástico inspirado em kirigami e bioeletrodos ultraconformáveis ​​baseados em nanofolha condutiva. Eles conduziram com sucesso análises sEMG dinâmicas do músculo APBM, que não pode ser testado com dispositivos convencionais durante o lançamento de beisebol. O dispositivo minimamente perceptível pode ser usado para investigar a atividade dos músculos de atletas durante o exercício, sem interferir em seu desempenho. As gravações sEMG observadas no trabalho permitirão aos pesquisadores obter uma compreensão mais profunda da atividade muscular em uma ampla gama de esportes e movimentos. p © 2019 Science X Network