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振動鞋墊設計,增加行走時的平衡感

腳底感覺和平衡相關,振動鞋墊可增加平衡?

有做過單腳閉眼平衡測試嗎? 為什麼要單腳閉眼? 人體的平衡控制,除了大家知道的內耳,還有關節的本體感覺、視覺和腳底感覺等。因為疾病或者年紀增長,腳底感覺下降,就會影響平衡。常見在糖尿病造成的神經疾病患者還有因為年紀增長而感覺退化。平衡不好可能導致摔跤。這可能也是常見長者行走需要拐杖輔助的原因。雖然科學家已經知道這類患者常見摔跤的原因,到目前為止,仍然沒有適當的方法可以治癒這種感覺缺乏的問題。

在腳底給與微小振動,隨機共振增加平衡

有沒有辦法放大或增加腳底感覺呢?Harvard’s Wyss Institute研究顯示,對長者而言,在腳底給予微小的振動刺激,可以增加平衡能力、減少姿勢搖擺還有步態的變化性。微小的腳底振動刺激可以增加平衡,並不是新鮮事。先前的研究,科學家就發現隨機共振隨機共振(stochastic resonance)可以減少因為疾病、受傷或年紀造成的體感系統缺陷。體感系統告訴我們和外界的接觸。體感接受器分佈在全身,不同的接受器會對不同的刺激反應。而隨機共振是一種現象,意思是說這種可以感覺到但是很弱的訊號,能經由一種低振幅的白噪音來加強。其實它就是一種小的雜訊,經由這些雜訊,可以增加本來訊號的接收,而增強感覺。但是如果雜訊太大,會抹去原來的訊號,反而只感受到雜訊。聽起來很弔詭? 噪音不是大家都想要去除嗎?例如說,如果在講話的時候有噪音可能就不容易聽清楚。但是,隨機共振的原理,就是說明這種微小的白噪音確實可以增加訊號的接收。(圖示這種微小振動增加感覺)

壓電材料致動器,電能轉機械能,產生振動

雖然已經知道在腳底給些微的振動,不論年紀,都可以幫助糖尿病造成的神經疾病和中風的患者增加平衡。然而,過去設計在腳底給予的振動裝置,能源需求大,不方便攜帶。因為這個限制,科學家改用壓電材料致動器,來提供這個振動刺激,增加攜帶性,同時也比較不耗電。壓電材料致動器,可以將電能和機械能互換。在這理應用到的是逆壓電效應,也就是電能轉換成機械能。壓電材料表面加電壓,壓電體會產生變形。這種壓電材料致動器,裝在聚氨酯材料的鞋墊內。位置在腳弓區域的中間。經由細小的電路連接在鞋舌部分的充電電池。

這個振動鞋墊,召集了65到90歲之間12位健康的自願者,參加測試。請受測者從坐到站、行走三公尺、轉身、倒退走再坐下。經由很多測試來量測平衡和評估步態。

結果顯示,穿著振動鞋墊,明顯增加了上述測試活動的表現。同時,振動鞋墊的功能,可以持續一整天。

文章參考:Harvard University
圖片來源:Rudy (New Routes) CC BY-ND 2.0

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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