Studenten Technische Natuurkunde ontwikkelen een ademhalingssensor met optimaal draagcomfort
De ademhaling van de mens kan gemeten worden met een rekband die de uitzetting van de borst meet. Bij het continu meten van de ademhaling, met name buiten de kliniek, zit er een intrinsiek conflict tussen technologie en het dagelijks gebruik: de elektronica is kwetsbaar en kan niet gewassen worden, terwijl de rekband als een kledingstuk gebruikt wordt en dus wasbaar en comfortabel moet zijn. (bron: ICT & Health, april 2017)
Dit probleem landde bij Technische Natuurkunde studenten Milou Penders, Sofie McCluskey, Niels van de Broek en Bram Slaats. Onder begeleiding van docenten Saskia Blom en Geert Langereis zochten ze naar een antwoord op de concrete vraag om het spanningsveld tussen technologie (de benodigde elektronica) en dagelijks gebruik (het draagcomfort) op te lossen.
Het resultaat? Een getest prototype waarin een optische clip is verwerkt die gemakkelijk van de textielband is te scheiden én twee publicaties in vooraanstaande (online) vakbladen. Een resultaat om trots op te zijn.
Hieronder volg een citaat uit het artikel in ICT & Health van april 2017:
Belangrijk bij sport, meditatie en medische diagnoses
Het meten van de ademhalingsfrequentie kan inzicht geven in het functioneren van het lichaam. Dat is belangrijk bij sporttraining, meditatie en medische diagnoses. In de zorg wordt bij een ademhalingsbepaling gelet op frequentie, regelmaat, diepte, reuk en geluid. Bij continu meten en tijdens inspanning gaat het meestal om de (verandering van) frequentie, de regelmaat en de diepte.
Rekbaarheid
Het idee ontstond om juist de rekbaarheid van textiel te gebruiken om de ademhaling zichtbaar te maken. Wanneer de borstkas groter wordt (inademen) zal een textiele band rond de borst opgerekt worden en meer licht doorlaten. Deze verandering in lichtdoorlatendheid is gemeten door de band tussen een LED-lichtbron en een fotodetector te plaatsen.
Uitdagingen
Om dit meetprincipe uit te testen moesten twee technische uitdagingen opgelost worden. Ten eerste moest een textiel gevonden worden met een optimale modulatie van de lichtdoorlatendheid en een comfortabele elasticiteit. In het algemeen is textiel geweven, gebreid of non-woven (zoals fleece). Het bleek dat geweven banden met elastische schering-draden de beste rek en optische modulatie vertonen. De rekbaarheid en modulatie konden apart geoptimaliseerd worden door de band samen te stellen uit twee verschillende segmenten: een elastisch segment voor maximale optische modulatie en een stugger segment voor de bevestiging rond de borst.
Uitlezing en detectie
Ten tweede moest er een robuuste uitlezing en detectie mogelijk gemaakt worden. De optische combinatie van een LED met fotodetector is commercieel verkrijgbaar. Deze combinaties worden bijvoorbeeld gebruikt om de hartslag op een vinger te meten. De uitdaging was om uit het ruisachtige en beweeglijke detectorsignaal een karakteristiek van de ademhaling te halen. Het wiskundige principe erachter is een Fouriertransformatíe: een methode om periodieke signalen (als de menselijke ademhaling) te herkennen. (einde citaat)
En het werkt. De technologie is geoptimaliseerd en het draagcomfort ook.
Vervolgonderzoek o.a. onder meerdere personen en onder omstandigheden die voldoen aan de voorwaarden rondom sporten moet uitwijzen of het product de labfase kan ontstijgen.
De basis is (vast)gelegd!