Barn som föds för tidigt utvecklar ofta neuromotoriska och kognitiva utvecklingsstörningar. Det bästa sättet att minska effekterna av dessa funktionshinder är att fånga dem tidigt genom en serie kognitiva och motoriska tester. Men att noggrant mäta och registrera små barns motoriska funktioner är knepigt. Som vilken förälder som helst kommer att berätta för dig, Småbarn tenderar att ogilla att bära skrymmande enheter på händerna och har en förkärlek för att få i sig saker de inte borde.

Forskare från Harvard University har utvecklat en mjuk, giftfri bärbar sensor som diskret fäster på handen och mäter kraften av ett grepp och rörelsen av handen och fingrarna.

Forskningen publicerades i Avancerade funktionella material och är ett samarbete mellan Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Beth Israel Deaconess Medical Center, och Boston Children's Hospital.

Ett nytt element i sensorn är en giftfri, högledande flytande lösning.

"Vi har utvecklat en ny typ av ledande vätska som inte är farligare än en liten droppe saltvatten, sa Siyi Xu, en doktorand vid SEAS och första författare till tidningen. "Den är fyra gånger mer ledande än tidigare biokompatibla lösningar, leder till renare, mindre bullriga data."

Harvards Office of Technology Development har lämnat in en portfölj av immateriella rättigheter som rör arkitekturen för nya mjuka sensorer och söker kommersialiseringsmöjligheter för dessa teknologier.

Avkänningslösningen är gjord av kaliumjodid, som är ett vanligt kosttillskott, och glycerol, vilket är en vanlig livsmedelstillsats. Efter en kort blandningsperiod, glycerol bryter kristallstrukturen hos kaliumjodid och bildar kaliumkatjoner (K+) och jodidjoner (I-), gör vätskan ledande. Eftersom glycerol har en lägre avdunstningshastighet än vatten, och kaliumjodiden är mycket löslig, vätskan är både stabil över en rad temperaturer och luftfuktighetsnivåer och mycket ledande.

"Tidigare biokompatibla mjuka sensorer har tillverkats med natriumklorid-glycerollösningar men dessa lösningar har låg ledningsförmåga, vilket gör sensordata mycket bullriga, och det tar också cirka 10 timmar att förbereda, ", sa Xu. "Vi har kortat ner det till cirka 20 minuter och får mycket ren data."

Utformningen av sensorerna tar också hänsyn till barns behov. Istället för en skrymmande handske, kiselgummisensorn sitter ovanpå fingret och på fingerdynan.

"Vi ser ofta att barn som föds tidigt eller som har diagnostiserats med tidig utvecklingsstörning har mycket känslig hud, sa Eugene Goldfield, medförfattare till studien och docent i programmet i beteendevetenskap vid Boston Children's Hospital och Harvard Medical School och associerad fakultetsmedlem vid Wyss Institute vid Harvard University. "Genom att hålla sig till toppen av fingret, den här enheten ger korrekt information samtidigt som den går runt barnets hand."

Goldfield är huvudutredare för projektet Flexible Electronics for Toddlers vid Wyss Institute, som designar modulära robotsystem för småbarn som föds för tidigt och som riskerar att drabbas av cerebral pares.

Goldfield och hans kollegor studerar för närvarande motorisk funktion med hjälp av Motion Capture Lab vid SEAS och Wyss. Även om motion capture kan berätta mycket om rörelse, den kan inte mäta kraft, som är avgörande för att diagnostisera neuromotoriska och kognitiva utvecklingsstörningar.

"Tidig diagnos är namnet på spelet när det gäller att behandla dessa utvecklingsstörningar och denna bärbara sensor kan ge oss många fördelar som inte är tillgängliga för närvarande, sa Goldfield.

Detta papper testade endast enheten på vuxna händer. Nästa, forskarna planerar att skala ner enheten och testa den i händerna på barn.

"Förmågan att kvantifiera komplexa mänskliga rörelser ger oss ett aldrig tidigare skådat diagnostiskt verktyg, säger Rob Wood, Charles River professor i teknik och tillämpad vetenskap vid SEAS, Grundande Core Faculty Member av Wyss Institute, och senior författare av studien. "Fokus på utvecklingen av motorik hos småbarn ger unika utmaningar för hur man integrerar många sensorer i en liten, lättvikt, och diskret bärbar enhet. Dessa nya sensorer löser dessa utmaningar – och om vi kan skapa bärbara sensorer för en så krävande uppgift, vi tror att detta också kommer att öppna upp applikationer inom diagnostik, terapeutiska medel, människa-dator-gränssnitt, och virtuell verklighet."