充電不要の3Dプリント製ヘルスモニタリングデバイス

3Dプリンタで作られた充電不要のウェアラブル・フィットネストラッカー

米国の州立大学アリゾナ大学工学部の研究チームは、3Dプリント技術を利用して、充電不要で継続的に動作するスマートなヘルスモニタリングデバイスを開発した。

「bio-symbiotic」と名付けられたこのデバイスは、パワーキャスティングユニットから電力を得て、内蔵されたアンテナからワイヤレスで充電することができる。さらにこの電力を利用して、着用者が運動する際に発生するバイオシグナルとエネルギーを捕捉し相互に作用することで、これまでにない長期間使用を実現している。

FDM方式3Dプリンタを使用して成形されるパッチ型(メッシュ状の)フィットネスデバイスはカスタマイズ可能で、接着剤等を使わずに体のさまざまな部分に貼り付けて操作できるようになっており、運動中も適切にユーザーに密着させることが可能なため、フレキシブルなノード上に配置されたセンサーが常時ユーザーの生体信号を高精度にモニタリングし、筋肉の変形を識別して運動強度を算出することができる。

現在のフィットネス機器は、センシング機能が不足しているだけでなく、途切れなくデータストリームを提供することが難しいとされているが、これらの欠点を克服するため研究チームは、無線電力伝送技術を用いて、無線周波数(RF)信号を電力源に変換するウェアラブルを開発。これにより、着用者がデバイスの存在を気にすることなく高精度なデータを継続的に取得することが可能で、運動中に収集されたデータは、トラッカーに内蔵されたBLE(bluetooth low energy)オンチップシステムを介してコンピュータに転送され、フィットネス向上の分析に役立てることができる。

研究チームは、Xbox Kinectカメラを使用してアスリート専用の3Dモデルを作成し、それをNinjatekエラストマーフィラメントを使って3Dプリント。実験では、プリントされたデバイスを対象者の上腕部と下腿部をに装置し、ランニング、ジャンプ、ローイング、腕立て伏せなどの実験を行った。また、複数のユニットを同時に装着することで、温度変化や筋肉の変形など、さまざまな部位を同時にモニターし、既存のモニタリングデバイスの性能を上回ることができたという。

研究チームは将来的に、この技術をマイクロ流体トラッカーに組み込むことで、患者のバイタルをより長くモニターし、医師に診断データを提供する手段として、重要な臨床応用が可能になると述べている。


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