Использование электропроводности кожи для отслеживания потоотделения во время физической и умственной активности

За последние десятилетия инженеры-электронщики разработали широкий спектр носимых устройств, которые можно использовать для отслеживания некоторых физиологических процессов и сбора данных о здоровье или физической форме. Эти устройства оснащены миниатюрными датчиками, которые могут улавливать различные сигналы, например частоту сердечных сокращений, уровень кислорода в крови и температуру тела.

Большинство носимых устройств, используемых людьми по всему миру, особенно эффективно отслеживают физиологические изменения, которые происходят во время физической активности пользователей, например, когда они ходят, бегают, поднимают тяжести или занимаются другими видами спорта. Это связано с тем, что физическая активность обычно приводит к более значительным физиологическим изменениям, чем умственная деятельность.

Традиционный подход к мониторингу психического состояния, например, уровня стресса, предполагает измерение электродермальной активности, которая, по сути, представляет собой изменение электрической проводимости кожи. Известно, что эта активность связана с потоотделением, которое усиливается, когда люди испытывают стресс или умственное напряжение.

До сих пор отслеживание проводимости кожи не считалось особенно полезным для отслеживания физической активности. Это связано с тем, что во время тренировок люди обычно сильно потеют, и избыток пота скапливается между кожей и датчиками, что затрудняет обнаружение любых изменений в уровне потоотделения.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkley) и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли недавно продемонстрировали, что электродермальную активность можно использовать для отслеживания потоотделения как при умственной, так и при физической нагрузке. Их статья, опубликованная в Nature Electronics, может стать основой для разработки будущих фитнес-трекеров, смарт-часов, биомедицинских технологий и других носимых устройств.

«Электродермальная активность уже давно используется для мониторинга умственной деятельности путём измерения проводимости кожи в определённых местах, например, на кончиках пальцев, где плотность потовых желез выше», — пишут в своей статье Сын Рок Ким, Ифэй Чжань и их коллеги.

«Однако электродермальная активность не считалась полезной для мониторинга физической активности, при которой выделяется большое количество пота, что приводит к его накоплению на границе раздела «кожа — электрод» и, таким образом, препятствует дальнейшему динамическому реагированию на потоотделение. Мы показываем, что электродермальную активность можно использовать в качестве косвенного показателя для измерения потоотделения как при низком, так и при высоком уровне физической активности».

В рамках своего исследования Ким, Чжань и их коллеги разработали новый датчик под названием SkinG, который состоит из микропористых электродов, объединённых с микрофлюидным каналом. Его уникальная конструкция обеспечивает быстрое удаление пота с поверхности кожи, предотвращая его накопление и позволяя отслеживать потоотделение во время физических упражнений.

«Мы используем носимые датчики пота, которые состоят из водопроницаемых электродов и микрофлюидных анализаторов пота, и показываем, что проводимость кожи пропорциональна мгновенному потоотделению, — написали Ким, Жан и их коллеги. – Мы демонстрируем, что потоотделение во время тренировки можно оценить, интегрируя проводимость кожи во времени, что можно использовать для оценки уровня гидратации организма спортсменов».

Исследователи протестировали свои датчики в ходе серии экспериментов, размещая их в разных местах на руках участников. Они показали, что в одних местах лучше обнаруживается пот, выделяющийся во время физической активности, а в других — выделяющийся из-за психического состояния.

«На основе многоточечных измерений проводимости кожи мы показали, что запястье, предплечье и плечо отражают уровень физической активности, в то время как палец указывает на умственную активность, — написали Ким, Жан и их коллеги. – Одновременное измерение в двух разных местах позволяет разделить умственную и физическую активность».

Это недавнее исследование показывает, что измерение потоотделения во время физической активности путём мониторинга электропроводности кожи действительно возможно. В будущем разработанный ими датчик и результаты их экспериментов можно будет использовать для расширения возможностей носимых устройств, ещё больше улучшив их способность отслеживать физиологические изменения пользователей во время самых разных повседневных занятий.

Источник: Tech Xplore