Van het team dat fysiologiegevoelige pyjama's uitvond aan de Universiteit van Massachusetts Amherst, nu komt er een nieuwe, lichtgewicht oogmasker dat onopvallend de hartslag kan vastleggen, oogbewegingen en slaapsignalen, bijvoorbeeld, wanneer gedragen in een dagelijkse omgeving.

Senior auteurs schrijven deze week in het tijdschrift Materie zijn materiaalchemicus en Wearable Electronics Lab-directeur Trisha L. Andrew, met computerwetenschapper Deepak Ganesan en anderen. Ze wijzen erop dat "het kunnen volgen van pols- en oogbewegingen in een enkel draagbaar apparaat een groot aantal slaap- en psychosociale studies mogelijk zal maken, naast het verbeteren van de nauwkeurigheid en bruikbaarheid van gaming- en virtual reality-headsets." Eerste auteur S. Zohreh Homayounfar, zal de bevindingen deze week presenteren op de online Fall Meeting van de American Chemical Society.

Het opnemen van gezondheids- en gedragssignalen op of nabij het gezicht is een uitdaging, merkt op Andreas, "omdat de meeste mensen erg gevoelig en reactief zijn voor voorwerpen die op hun gezicht of hoofd worden geplaatst." Ganesan voegt eraan toe dat "tot nu toe, het integreren van veel verschillende sensorelementen in één kledingstuk leek lastig, vooral als het gaat om kleine oogmaskers."

Ze zeggen dat hun lichtgewicht, op maat gemaakt oogmasker genaamd "Chesma, " is uitgerust met twee soorten stoffen elektroden die eenvoudig op verschillende voorgemaakte kledingstukken kunnen worden genaaid en verder kunnen worden verkleind, indien gewenst. Hierdoor kunnen ze elektroden integreren in een lichtgewicht schuimmasker voor het opnemen van elektro-oculografie en hartsignalen. Hun ontwerp positioneert de elektroden automatisch op het gezicht zonder dat ze op maat hoeven te worden aangepast.

Zoals uitgelegd in een video gemaakt door Ph.D. student en eerste auteur, S. Zohreh Homayounfar, het masker bevat vijf zilveren (Ag) op draad gebaseerde hydrogelelektroden - genaamd tAgTrodes - die nodig zijn om op ionen gebaseerde biologische signalen om te zetten in een elektrische stroom, onder andere doelen. De onderzoekers maakten gebruik van een dampfase-afzettingsproces om de elektroden te maken, inclusief wat zij een eerste in zijn soort herbruikbare en wasbare hydrogelcomponent noemen die de tAgTrode onderscheidt van andere equivalenten.

Hier, Andrew zegt dat ze er trots op is op te merken dat "een deel van het werk dat ging in het uitvoeren van het depositieproces werd uitgevoerd door Emerson T. Alexander, een uitzonderlijke student van Springfield Technical Community College, " die deelnam aan een betaalde stage in haar laboratorium en werd gefinancierd door het L'Oréal U.S. For Women in Science-programma.

Het masker bevat ook een textieldruksensor (PressION) die boven een slagader is geplaatst om de hartslag te bewaken als indicatie voor de hartfunctie, met het geheel gekoppeld aan twee microcontrollers met waterafstotende zilveren draden als connectoren. Een andere auteur, doctoraat student Ali Kiaghadi, legt uit dat "de elektrode- en sensorgegevens moeten worden gecommuniceerd zodra ze zijn verkregen. Ons ontwerp verzendt onbewerkte gegevens naar de cloud voor verwerking en gegevensvisualisatie, zodat we de hoeveelheid instrumentatie die we in het masker zelf moeten opnemen, kunnen verminderen."

Het team testte het nieuwe oogmasker op proefpersonen terwijl ze aan het kauwen waren, praten, en tijdens verschillende hoofd- en oogbewegingen. Ze gebruikten hetzelfde apparaat ook meer dan een jaar en na 15 wasbeurten vonden ze geen verslechtering van de prestaties. Homayounfar merkt op dat de tAgTrode "alle nadelen van commerciële natte elektroden overwint, zoals esthetische problemen, ongemak en wasstabiliteit, met behoud van hoge en constante signaal-ruisverhoudingen tijdens herhaalde, toepassingen op lange termijn."

Andrew verwacht dat de "unieke bimodaliteit" van Chesma - de combinatie van het elektrodenetwerk met de druksensor - veel nieuwe geavanceerde onderzoeken mogelijk zal maken die tot nu toe niet mogelijk waren, voor het onderzoeken van slaapkwaliteit, slaapproblemen, mentale gezondheid, neurodegeneratieve ziekten en schizofrenie, bijvoorbeeld.