Ett forskarlag vid avdelningen för elektrisk och elektronisk informationsteknik och EIIRIS vid Toyohashi University of Technology har utvecklat en munkformad kirigami-enhet för EMG-inspelningar. Den föreslagna anordningen minskar enhetens förskjutning på en stor deformerbar muskelyta. Noggranna och robusta EMG-inspelningar erbjuder EMG-signalbaserade gränssnitt mellan människa och maskin som tillåter proteskontroll för amputerade. Resultaten av deras forskning publicerades i ett nummer av Avancerat vårdmaterial den 5 december, 2019. Artikeln fanns även på insidan av omslagets baksida.

En noggrann och robust EMG-signalinspelning är nödvändig i EMG-signalbaserade gränssnitt mellan människa och maskin för att möjliggöra proteskontroll för amputerade som använder sin restmuskel. Under 2017, samma forskargrupp föreslog tidigare en elektrodenhet som använder kirigami-strukturen för intim integration av den elektroniska enheten och biologiska vävnader. (Y. Morikawa et al) Den anmärkningsvärda potentialen hos kirigamistrukturen härrör från dess höga töjbarhet, inklusive dess höga töjningsförhållande och lilla kraft som krävs för att appliceras under enhetens sträckningar. Kirigami-strukturen kan sträckas med en låg töjningskraft och dess mekaniska egenskaper liknar mjuka biologiska vävnader, som i hjärnan och musklerna. Dock, det är utmanande att få en exakt och robust biosignalinspelning utan förskjutning av elektroden. Enhetsförskjutning inträffar när kirigami-enheten appliceras på biologiska vävnader, såsom hjärta och muskler, som genomgår stora deformationer.

En forskargrupp vid institutionen för elektrisk teknik och EIIRIS vid Toyohashi University of Technology har utvecklat munkformad kirigami-enhet för EMG-inspelning för att lösa problemet med enhetsförskjutning under muskeldeformation.

Den munkformade kirigami-strukturen kan förvandlas från en 2D-munkform till en 3D-cylindrisk form. Den cylindriska formen är lämplig för många sfäriska eller kolonnformade deformerbara biologiska vävnader (t.ex. övre extremiteter, nedre extremitet, finger, buk, och hjärta). Den munkformade kirigami-enheten utför fixeringsmekanismen till målvävnaderna och minskar enhetens förskjutning under vävnadsdeformation med minimerad stress på den biologiska vävnaden. Inspelningsförmågan hos den föreslagna enheten bekräftades genom EMG-signalinspelningen från bakbenet på en mus, som indikerar möjligheten att använda enheten för ett EMG-baserat människa-maskin-gränssnitt.

"Den första demonstrationen med vår konventionella arkformade kirigami-enhet kunde inte följa deformationen av ett bankande hjärta. Vi diskuterade enhetens struktur, vilket gör att enheten kan följa deformerbara vävnader. I det preliminära experimentet, vi använde ett papper, som mönstrades till den föreslagna munkformen av kirigami av lådskäraren, och vi visade dess töjbara och deformerbara egenskaper för muskeln. Dock, det var osäkert om donut-kirigami-enheten i mikroskala visar dessa enhetsegenskaper eller inte. Vi utforskade dem genom att tillverka enheten genom att använda mikrotillverkningsprocessen och enhetskarakteriseringarna, och vi bekräftade att den tillverkade enheten uppvisade den förväntade deformationen mot vår tanke, " förklarar den första författaren till artikeln, Ph.D. kandidat Yusuke Morikawa.

Den munkformade kirigami-enheten behöver fortfarande förbättras när det gäller hållbarhet och den täta uppsättningen av mikroelektroder. Dessutom, påverkan av implantationerna av enheten på de biologiska vävnaderna bör klargöras om de används under en längre period. Dock, det förväntas att den föreslagna enheten är tillämpbar på ett EMG-baserat människa-maskin-gränssnitt och bidrar till att förbättra livskvaliteten för amputerade.