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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

2021-04-02 16:59

对于运动员和周末勇士而言,过早地从肌腱受伤中恢复过来通常会确保他回到物理治疗的旅程。但是,由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发的一项新技术有一天可以帮助判断您的肌腱是否已准备好采取行动。

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

由威斯康星大学麦迪逊分校机械工程学教授达里尔·赛伦(Darryl Thelen) 和研究生杰克·马丁(Jack Martin)领导的一组研究人员 设计了一种新方法,用于在人从事诸如步行或跑步等活动时无创地测量肌腱张力。

这一进步可以为人们的运动控制和力学提供新的见解。它也可以应用于整形外科,康复,人体工程学和体育领域。研究人员在发表在“自然通讯杂志上的一篇论文中描述了他们的方法 。

肌肉通过牵拉肌腱在关节上产生运动,肌腱是将肌肉连接到骨骼的组织带。但是,评估一个人体内的肌腱所传递的力是很棘手的。

“目前,可穿戴设备可以测量我们的运动,但不能提供有关产生运动的肌肉力量的信息, Thelen说,他的工作得到了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,无创的设备,可以轻松地将其安装在肌腱上的皮肤上。该设备使研究人员能够通过观察肌腱在承受载荷时的振动特性(如运动过程中的变化)来评估肌腱力。

这种现象类似于吉他弦,弦中的张力会改变振动响应。拔出吉他弦时,沿弦传播的波速以及振动频率与施加到弦上的张力或力有关。

“我们找到了一种测量振动特性的方法-在这种情况下,是沿着钢筋束传播的剪切波的速度-然后我们走得更远,并确定如何解释该测量值以找到钢筋束中的拉应力, 瑟伦说。

用于测量波速的新系统是便携式的并且相对便宜。它包括一个机械设备,每秒可轻敲肌腱50次。每次敲击都会在肌腱中产生一个波浪,两个微型加速度计确定其行进的速度。

研究人员已经使用该设备测量了跟腱,the骨和绳肌腱上的力量。在每种情况下,他们都可以测量用户改变步态时在肌腱中发生的情况,例如,通过改变步长或速度来进行测量。

通过测量肌肉和肌腱在人体中的行为,该系统最终可以使临床医生为患有肌肉骨骼疾病和受伤的患者计划更有效的治疗方法。

Thelen说:“无论是从基础科学的角度还是从临床应用来看,这种新技术的潜力都很高。 “例如,肌腱力测量可用于指导步态障碍患者的治疗。客观地评估修复的肌腱何时得到足够的愈合以正常运行并允许一个人恢复活动也可能有用。

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