Te vroeg geboren kinderen ontwikkelen vaak neuromotorische en cognitieve ontwikkelingsstoornissen. De beste manier om de gevolgen van die handicaps te verminderen, is ze vroeg op te merken door middel van een reeks cognitieve en motorische tests. Maar het nauwkeurig meten en vastleggen van de motorische functies van kleine kinderen is lastig. Zoals elke ouder je zal vertellen, peuters hebben een hekel aan het dragen van omvangrijke apparaten aan hun handen en hebben een voorliefde voor het innemen van dingen die ze niet zouden moeten innemen.

Onderzoekers van de Universiteit van Harvard hebben een zachte, niet-giftige draagbare sensor die onopvallend aan de hand wordt bevestigd en de kracht van een greep en de beweging van de hand en vingers meet.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen en is een samenwerking tussen The Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Beth Israel Diaconess Medisch Centrum, en het Boston Kinderziekenhuis.

Een nieuw element van de sensor is een niet-toxisch, sterk geleidende vloeibare oplossing.

"We hebben een nieuw type geleidende vloeistof ontwikkeld die niet gevaarlijker is dan een kleine druppel zout water, " zei Siyi Xu, een afgestudeerde student aan SEAS en eerste auteur van het papier. "Het is vier keer meer geleidend dan eerdere biocompatibele oplossingen, leidt tot schoner, gegevens met minder ruis."

Het Office of Technology Development van Harvard heeft een portfolio van intellectueel eigendom ingediend met betrekking tot de architectuur van nieuwe zachte sensoren en zoekt naar commercialiseringsmogelijkheden voor deze technologieën.

De sensoroplossing is gemaakt van kaliumjodide, wat een veelgebruikt voedingssupplement is, en glycerol, wat een veelvoorkomend voedseladditief is. Na een korte mengperiode, de glycerol breekt de kristalstructuur van kaliumjodide en vormt kaliumkationen (K+) en jodide-ionen (I-), waardoor de vloeistof geleidend wordt. Omdat glycerol een lagere verdampingssnelheid heeft dan water, en het kaliumjodide is zeer goed oplosbaar, de vloeistof is zowel stabiel over een reeks van temperaturen en vochtigheidsniveaus als zeer geleidend.

"Eerdere biocompatibele zachte sensoren zijn gemaakt met natriumchloride-glyceroloplossingen, maar deze oplossingen hebben een lage geleidbaarheid, waardoor de sensorgegevens erg luidruchtig zijn, en het duurt ook ongeveer 10 uur om voor te bereiden, "zei Xu. "We hebben dat ingekort tot ongeveer 20 minuten en krijgen zeer schone gegevens."

Bij het ontwerp van de sensoren is ook rekening gehouden met de behoefte van kinderen. In plaats van een dikke handschoen, de siliconenrubberen sensor zit bovenop de vinger en op het vingerkussen.

"We zien vaak dat kinderen die vroeg worden geboren of bij wie vroege ontwikkelingsstoornissen zijn gediagnosticeerd, een zeer gevoelige huid hebben, " zei Eugene Goldfield, co-auteur van de studie en een universitair hoofddocent in het programma in gedragswetenschappen aan het Boston Children's Hospital en de Harvard Medical School en geassocieerd lid van de faculteit van het Wyss Institute aan de Harvard University. "Door bij de top van de vinger te blijven, dit apparaat geeft nauwkeurige informatie terwijl het zich met de gevoelige hand van het kind verplaatst."

Goldfield is de hoofdonderzoeker van het Flexible Electronics for Toddlers-project aan het Wyss Institute, die modulaire robotsystemen ontwerpt voor te vroeg geboren peuters en met een risico op hersenverlamming.

Goldfield en zijn collega's bestuderen momenteel de motorfunctie met behulp van het Motion Capture Lab van SEAS en Wyss. Hoewel motion capture veel kan vertellen over beweging, het kan geen kracht meten, die van cruciaal belang is voor het diagnosticeren van neuromotorische en cognitieve ontwikkelingsstoornissen.

"Vroege diagnose is de naam van het spel als het gaat om het behandelen van deze ontwikkelingsstoornissen en deze draagbare sensor kan ons veel voordelen bieden die momenteel niet beschikbaar zijn, ' zei Goudveld.

Dit papier testte het apparaat alleen op volwassen handen. Volgende, de onderzoekers zijn van plan het apparaat te verkleinen en te testen op de handen van kinderen.

"Het vermogen om complexe menselijke bewegingen te kwantificeren, geeft ons een ongekend diagnostisch hulpmiddel, " zegt Rob Hout, de Charles River Professor of Engineering and Applied Sciences aan SEAS, Stichtend kernfaculteitslid van het Wyss Institute, en senior auteur van de studie. "De focus op de ontwikkeling van motorische vaardigheden bij peuters biedt unieke uitdagingen voor het integreren van veel sensoren in een kleine, lichtgewicht, en onopvallend draagbaar apparaat. Deze nieuwe sensoren lossen deze uitdagingen op - en als we draagbare sensoren kunnen maken voor zo'n veeleisende taak, wij geloven dat dit ook toepassingen zal openen in de diagnostiek, therapieën, mens-computer interfaces, en virtuele realiteit."