Forskare förväntar sig att i framtiden, elektroniskt aktiva plagg som innehåller diskreta, bärbara enheter för att övervaka hjärtfrekvens och andningsrytm under sömn, till exempel, kommer att visa sig vara kliniskt användbar inom hälso- och sjukvården. Nu har forskare vid University of Massachusetts Amherst utvecklat fysiologiskt avkännande textilier som kan vävas eller sys till sömnplagg som de har kallat "fyjamas".

Forskarstuderande Ali Kiaghadi och S. Zohreh Homayounfar, med sina professorer Trisha L. Andrew, en materialkemist, och datavetaren Deepak Ganesan, kommer att presentera sina hälsoövervakande sovkläder på Ubicomp 2019-konferensen denna vecka i London, U.K. Ett dokument som beskriver arbetet har valts ut för publicering i Proceedings of the ACM on Interactive, Mobil, Bärbara och Ubiquitous Technologies (IMWUT).

Som Andrew förklarar, "Utmaningen vi stod inför var hur man skaffar användbara signaler utan att ändra textilens estetik eller känsla. Generellt sett, människor antar att smarta textilier hänvisar till hårt slitna kläder som har olika sensorer inbäddade i sig för att mäta fysiologiska och fysiska signaler, men detta är uppenbarligen inte en lösning för vardagskläder och, särskilt, sovkläder."

Ganesan tillägger, "Vår insikt var att även om nattkläder bärs löst, det finns flera delar av en sådan textil som pressas mot kroppen på grund av vår hållning och kontakt med yttre ytor. Detta inkluderar tryck som utövas av bålen mot en stol eller säng, tryck när armen vilar på sidan av kroppen när du sover, och lätt tryck från en filt över nattkläderna."

"Sådana pressade områden av textilen är potentiella platser där vi kan mäta ballistiska rörelser orsakade av hjärtslag och andning, " han förklarar, "och dessa kan användas för att extrahera fysiologiska variabler." Svårigheten är att dessa signaler kan vara individuellt opålitliga, särskilt i löst sittande kläder, men signaler från många sensorer placerade över olika delar av kroppen kan intelligent kombineras för att få en mer exakt sammansatt avläsning.

Andrew, Ganesan och kollegor förklarar att deras team var tvungna att komma på flera nya idéer för att förverkliga sin vision. De insåg att det inte finns någon existerande tygbaserad metod för att känna av kontinuerliga och dynamiska tryckförändringar, särskilt med tanke på de små signaler som de behövde mäta. Så de designade en ny tygbaserad trycksensor och kombinerade den med en triboelektrisk sensor – en som aktiveras av en förändring i fysisk kontakt – för att utveckla en distribuerad sensorsvit som kunde integreras i löst sittande kläder som pyjamas. De utvecklade också dataanalys för att smälta signaler från många punkter som tog hänsyn till kvaliteten på signalen som kommer in från varje plats.

Författarna rapporterar att denna kombination gjorde det möjligt för dem att upptäcka fysiologiska signaler över många olika ställningar. De utförde flera användarstudier i både kontrollerade och naturliga miljöer och visade att de kan extrahera hjärtslagstoppar med hög noggrannhet, andningsfrekvens med mindre än ett slag per minut fel, och perfekt förutsäga sömnställning.

"Vi förväntar oss att dessa framsteg kan vara särskilt användbara för att övervaka äldre patienter, många av dem lider av sömnstörningar, " säger Andrew. "Den nuvarande generationens bärbara kläder, som smarta klockor, är inte idealiska för denna population eftersom äldre individer ofta glömmer att konsekvent bära eller är resistenta mot att bära extra utrustning, medan nattkläder redan är en normal del av deras vardag. Mer än det, din klocka kan inte berätta vilken position du sover i, och om din sömnställning påverkar din sömnkvalitet; vår phyjamasburk."

Detta arbete förstärktes av Ganesan och Andrews anknytning till UMass Amhersts Institute of Applied Life Sciences (IALS), som fokuserar på att översätta biovetenskaplig forskning till produkter som förbättrar människors hälsa. Direktör Peter Reinhart på IALS säger, "Det är spännande att se nästa generation av bärbar teknologi som är noll ansträngning och tar upp frågan om komfort och diskrethet direkt. Data som genereras av tygbaserade sensorer har potential att förbättra hälsa och välbefinnande, och kan möjligen bidra till tidig diagnos av flera sjukdomar."