自供電傳感器將頸部張力轉換為電脈沖，以檢測運動員的頭部創傷。

Nelson Sepúlveda坐在斯巴達體育場（Spartan Stadium）的看臺上，看著他的家鄉密歇根州球員與來自密歇根大學（University of Michigan）的跨州足球對手進行對決，這時他有了一個科學頓悟。

也許他多年來一直致力于研究的納米技術——被稱為鐵電納米發電機的薄如紙設備——可以將機械能轉換為電能，可以幫助這些運動員免受創傷性腦損傷的蹂躪。

Sepúlveda是密歇根州立大學的一名電氣工程師，他用自己的微型能量收集平臺制造了自供電揚聲器、靈活的麥克風和電子紡織品?，F在他想把這項技術應用到腦震蕩監測的問題上。

“我認為這是迄今為止我們發現的這項技術的最佳應用，”他說。

現有的腦震蕩安全協議規定，參與場內碰撞的球員必須在重返賽場前接受頭部創傷癥狀的醫學評估，但該系統很容易操作，它忽略了許多可能對大腦造成長期影響的潛意識打擊。

裝有傳感器的頭盔和護目鏡可以收集加速度測量數據，以便更定量地測量頭部的沖擊力。因此，這些嵌入式傳感器并不總是能夠提供頭骨內部發生的事情的準確圖像，即使有人真的敲響了警鐘。

Sepúlveda說：“你最終會得到很多錯誤的讀數?！?他認為，更好的選擇是將可穿戴的貼片直接貼在頸部周圍的皮膚上。Sepúlveda和他的學生們為碰撞測試假人配備了四個壓電裝置，一個在喉嚨上，一個在頸背上，另一個在頸部兩側。他們在假人上進行了模擬揮鞭樣損傷實驗，發現創可貼大小的貼片準確捕捉到了腦損傷的指標。

傳感器將施加在頸部的拉伸應變轉換為電壓脈沖。通過植入假人鼻孔內的加速計測量，電輸出被證明能夠高度預測頭部深處的旋轉力。

Sepúlveda和他的同事在《科學報告》雜志上發表了他們的發現。著眼于商業應用，研究人員現在正在將其傳感器用于無線數據傳輸。他們還將這些設備封裝在保護材料中，保護技術免受汗水和其他污垢的影響。隨后應在人體運動員身上進行試驗。

Sepúlveda指出，與國家足球聯盟和其他體育協會開始采用的各種智能頭盔和護齒技術相比，他的頸部傳感器系統有幾個潛在的好處。

由于Sepúlveda的設備是自供電的，因此沒有電池可以更換或充電。相比之下，一些智能保護設備在每場比賽后都需要充電。他的貼片制造成本低廉，這應該是一種更具成本競爭力的產品。（Sepúlveda預計零售價將遠低于其他傳感器支持的可穿戴設備的99美元以上。）這種貼片也應該適用于高沖擊運動，因為這些運動通常不戴防護頭套等。因此，該技術可能有助于將實時腦震蕩檢測擴展到足球、啦啦隊和任何其他活動。

然而，Sepúlveda承認他的設計有一個局限性。這種貼片不能捕捉到直接壓迫頸部而不扭曲頸部的頭對頭損傷，比如橄欖球比賽中的擦傷或對方邊線隊員之間的碰撞。

盡管如此，并不是每個腦震蕩研究人員都相信可穿戴頸部傳感器是最佳的發展道路。

“我同意他們的結論，即測量頭盔中的加速度本身就有噪音，而且容易出錯。然而，我認為他們的頸部傳感器做得并沒有更好，”XOnano Smartfoam公司總裁兼首席工程師Jake Merrell說，XOnano Smartfoam是一家為智能頭盔開發壓電襯墊的公司?！爱斈銓y量與影響位置分開時，正如他們所做的那樣，你會引入很多潛在的錯誤。”

這就是為什么Barclay Morrison在哥倫比亞大學（Columbia University）研究腦損傷的生物力學，他仍然喜歡使用高科技護齒器來收集有關碰撞速度、方向、力、位置和嚴重程度的信息。

“因為上下頜骨與頭骨是同一塊骨頭，”他說，“數據更準確地展示出頭骨加速度?！?/p>

然而，Sepúlveda和他的團隊對這個想法進行了測試，發現它聽起來很空洞。在未公開的實驗中，他們試圖將納米發電機放在假人的嘴里，以及鼻子上。根據Sepúlveda的說法，沒有其他貼片的位置像頸部那樣精確。

一個被稱為共識頭部加速度測量實踐（Consensus Head Acceleration Measurement Practices，CHAMP）小組的專家聯盟目前正在開發最佳實踐，以幫助碰撞傳感器系統的開發人員收集、報告和分析運動中的頭部加速度數據。Andrew McIntosh是澳大利亞撞擊損傷生物力學專家，也是該組織的成員。

在他看來，“壓電式傳感器在測量運動和向人們提供反饋方面有很大的應用范圍?！钡Ａ袅藢SU系統的判斷，直到人類受試者的數據可用為止。

“這是在一個非常早期的階段，”他說。

McIntosh看到了這項技術的潛力，盡管它包括對運動損傷的診斷和預防，而不僅僅是對頭部的損傷。例如，考慮膝蓋韌帶損傷。許多運動員因膝關節重復性應力而出現扭傷或撕裂，MSU貼片可以幫助這些人監測過度使用勞損的早期跡象或損傷誘導形式的指標。

“所以，我不會認為它只是測量頭部運動學的一種替代方法，”McIntosh說，“我會將其視為運動訓練和預防受傷期間許多實際情況的通用傳感器。”