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編譯／雷鑫宇  審稿／阿淼  責編／張夢

研究人員開發了一種彈性kirigami貼片。該貼片可用於獲取棒球投球手的精確肌電圖。

彈性kirigami貼片主要由導電納米薄片和kirigami佈線系統構成，可用於獲取棒球投球手的肌電圖。

（a）彈性kirigami貼片可與皮膚良好貼合，並外接有藍牙模塊。

（b）高速攝像機拍攝的投球過程。

（c）導電納米薄層的構成。

（d）彈性kirigami佈線系統的構成。

表面肌電圖（sEMG）被科學家們廣泛應用於研究人體的運動表現。

棒球投手需要非常精確地執行投球動作才能將球投擲到好球區。在投球過程中，手掌肌肉發揮着關鍵作用。

為了幫助投球手改進投球技術，運動學家需要分析其肌電圖信息。然而，目前使用的分析設備體積龐大、操作不便，對受試者的自然運動造成了不利影響，測試結果自然也不夠精確。

彈性kirigami佈線系統的力學性能。

（a）用手拉伸25%~150%後的彈性kirigami佈線系統情況。

（b）拉伸25%~150%後的彈性kirigami佈線系統的顯微鏡圖像。

（c）150%應變作用下，彈性kirigami佈線系統的光學、電鏡圖。

（d）三種不同設計的彈性kirigami佈線系統的應力-應變曲線。

（e）不同拉伸應變下，彈性kirigami佈線系統的有限元分析結果。

為此，研究人員Kento Yamagishi等開發了一種基於彈性kirigami佈線系統和導電聚合物納米薄片的超柔性生物電極。這種裝置有望解決人體皮膚與電子設備之間的機械不匹配問題。相關研究成果發佈於《NPG亞洲材料》雜誌。

kirigami技術源於日本剪紙藝術，已廣泛應用於可拉伸電子設備領域。該技術甚至可通過三維形變使石墨烯和碳納米管複合材料等二維材料具備拉伸特性。

Yamagishi等設計的kirigami貼片系統具有以下特點：（1）基於二維膜的良好皮膚附着力；（2）最小阻力變化的可拉伸性；（3）由導電層和kirigami圖案彈性絕緣層構成的完全絕緣結構。

導電高分子納米薄片的製備過程。

Yamagishi等將設備貼合在棒球運動員的外展拇短肌（APBM）上，並配合高速攝像機進行信號同步，進而獲取了精確的肌電圖。彈性貼片中不含黏合劑，僅憑藉範德華力作用即可實現與人體皮膚的良好貼合。

在實驗室研究中，研究人員還對彈性貼片的絕緣性能、拉伸-收縮復原性能和藍牙模塊等進行了廣泛測試。

他們測量了志願者手臂擺動前後的皮膚電極接觸阻抗，並與其他設備的測試結果進行了對比。Yamagishi等主要分析了志願者在“準備、早仰、晚仰、加速和跟進”等5個階段的運動狀態。

他們發現，與快速球相比，觀察投手控制弧線球的難度在於投出弧線球后的約0.5秒內——這一階段的APBM活動會增強或減弱。投手在投出球之前的早仰階段控制了手掌肌肉的活動。

Yamagishi等開發的彈性kirigami貼片對於運動學研究有重要價值。在不影響運動員自然動作的前提下分析肌電信號，將有助於研究人員對大範圍運動和動作下的肌肉活動有更深入的瞭解。

期刊來源：《科學》、《自然》、《NPG亞洲材料》

期刊編號：0036-8075、0028-0836、1884-4049

原文鏈接：

https://phys.org/news/2019-12-elastic-kirigami-patch-electromyographic-analysis.html

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