人體關節是受傷後最難完全恢復的部位之一。如肌肉骨骼疾病、骨折和脫臼都可能導致人體關節功能障礙，甚至喪失活動能力。當發生這些情況時，早期診斷和有效的跟蹤監測是確定治療方法的理想解決方案。
事實上，監測關節運動對許多康複方案以及改善運動表現都至關重要。然而，傳統的基於慣性測量單元（IMU）的運動監測設備存在一定的局限性，如慣性傳感器不能準確定位特定的關節位置，攝像系統價格昂貴且靈活性差，操作人員需要通過大量的訓練才會設置和操作。
如今，柔性可穿戴電子設備被視為基於IMU的運動監測設備的高性能替代產品，但迄今為止，這類設備還存在諸多未得以解決的問題，如無法貼合彎曲的表面、製造成本過高和難以集成等。因此，當這類設備用於監測複雜的人體曲面和結構（如關節）時，可能無法正常工作。眾所周知，肩膀是人體最靈活和複雜的關節之一，由於肩關節的自由度較大致使其難以被跟蹤監測。
據麥姆斯諮詢報導，來自美國密西根大學（The University of Michigan，簡稱UMich）的Max Shtein教授及其合作團隊正致力於研究解決當前基於IMU的運動監測設備所存在的問題。在發表於《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies）的文章中，他們開發了一種新型貼片式可穿戴傳感器，用於監測人體關節。
Shtein教授曾親身經歷鎖骨損傷所導致的行動不便，他也由此意識到擁有一種能夠在各種運動範圍內跟蹤監測複雜關節輪廓的器件的重要性。
Shtein教授所在的研究小組從日本古代的剪紙藝術Kirigami中汲取靈感，研究不同裁切圖案的旋轉對稱性及其與不同3D形狀的相互作用。這項研究最終迎來了貼片式可穿戴傳感器的誕生，該傳感器可以在肩關節的整個運動範圍內與不同輪廓貼合。
基於剪紙藝術kirigami的貼片式可穿戴傳感器無需任何膠帶即可直接放置在皮膚上，並且可以貼合受試者的肩關節輪廓
這種傳感器可測量沿著kirigami結構的微觀應變分布。沿著貼片放置在適當位置的小型應變儀能夠監測曲面的整體變化，由此一來，來自應變儀的電信號會因關節運動而發生變化，以實時區分不同運動，如跑步、聳肩、抬手臂等。
除了能有效監測肩關節的運動能力外，該傳感器最大的優勢在於其自身的結構：kirigami使用可擴展的剪紙工藝，同時，其簡單的形狀、柔韌性以及輕鬆呈現多種3D形狀而不起皺的特性讓其更易於與紡織品集成。
這項研究為可穿戴健身活動跟蹤設備和健康監測設備開闢了全新的領域，可記錄運動表現，還可以監測心血管疾病。Shtein說：「擁有經濟高效且可靠的關節監測傳感器可以為物理治療、運動訓練、各類比賽和假肢控制帶來革命性的變化。為了實現這一目標，我們需要在現有的研究基礎上再接再厲。」
研究人員的挑戰和抱負還不止於此，他們志在開發出更多的可攜式和無線貼片式傳感器，以實現更高的運動保真度映射並更好地集成到衣物中。可穿戴電子設備的多元化發展未來可期！
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