ES2314400T3

ES2314400T3 - Dispositivos transductores tejidos.

Info

Publication number: ES2314400T3
Application number: ES04733854T
Authority: ES
Inventors: Tilak Dias; Paul Charles William Beattie; William Cooke; Ravindra Wijesiriwardana; Kim Mitcham; Samir Mukhopadhyay; William Hurley
Original assignee: Smartlife Technology Ltd
Current assignee: Smartlife Technology Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: HK1096832A1; CA2525525A1; IL171734A; WO2004100784A3; US20090018428A1; ATE406836T1; NZ543379A; AU2004237945A1; EP1624800A2; DE602004016315D1; CN1882280A; DK1624800T3; WO2004100784A2; EP1624800B1; GB0311320D0; JP2006528897A; AU2004237945B2; ZA200509341B; CN1882280B

Abstract

Una estructura tejida que incluye como parte de la misma un dispositivo transductor que tiene al menos una zona de transducción tejida con fibras conductoras eléctricamente de manera que la deformación del dispositivo da lugar a una variación de una propiedad eléctrica de la zona de transducción, y medios para monitorizar dichas variaciones y proveer una indicación de las deformaciones de la estructura tejida, caracterizada porque en dicha estructura el primero y el último tramos de la zona de transducción están tejidos con fibras conductoras eléctricamente que actúan como conductores del dispositivo transductor.

Description

Dispositivos transductores tejidos.

Esta invención se refiere a dispositivos transductores tejidos y a prendas que incorporan los mismos.

Hay numerosas aplicaciones en las que es deseable colocar sensores en o cerca de un cuerpo humano. Los ejemplos incluyen mediciones de ECG (electro cardiograma), presión sanguínea y temperatura, y monitorización de otros signos vitales. Los medidores de deformación se pueden usar para monitorizar la expansión del pecho. Dichos sensores son de aplicación lenta y, frecuentemente, es necesario personal experto para realizar dicha tarea, especialmente si es importante asegurar que los sensores estén orientados de manera definida entre sí. Además en general, solamente es posible hacer mediciones con el sujeto presente en una determinada instalación, tal como una institución sanitaria. Por otra parte, los procedimientos convencionales de unión de sensores a un sujeto pueden producir incomodidad al sujeto. En las Publicaciones de Patentes Internacionales WO 02/40091 y WO 03/094717 se revelan sensores basados en tejido, que incluyen sensores tejidos. Sin embargo, hay limitaciones a los sensores tejidos descritas en las mismas. Además, en ambos casos, la manera en que se acoplan los sensores a un sistema de detección externo es más bien difícil, ya que requiere varias etapas de fabricación/ensamblaje. En los documentos US6341504, WO 01/02052 y GB2116725 se revelan otros sensores.

La presente invención supera los problemas descritos anteriormente, y provee nuevos tipos de transductores flexibles que son de producción adecuada y se pueden incorporar fácilmente a prendas usables. La invención está definida por las características de la reivindicación 1.

Dichos dispositivos transductores son flexibles, estructuralmente fuertes y de fabricación y uso adecuados. La invención provee numerosos tipos de dispositivos, tales como transductores para la medición de deformaciones, detección de proximidad y medición de temperatura, y micrófonos y antenas tejidos.

Los tramos primero y último de la zona de transducción están tejidos con fibras conductoras eléctricamente que actúan como cables conductores del dispositivo transductor tejido. Este diseño es preferente ya que permite que el dispositivo transductor tejido se teja en una sola operación usando máquinas tejedoras tales como máquinas tejedoras planas. Además, el dispositivo transductor tejido se puede construir como parte de una estructura tejida mayor, tal como una prenda, en una sola operación de tejido. Los conductores de conexión (usados para alimentar el dispositivo y transmitir una señal de detección del mismo) también se pueden incorporar fácilmente en la estructura en una sola operación de tejido.

La zona de transducción se puede tejer con combinaciones de elementos de unión seleccionados del grupo que comprende nudos, lazos de alforzar y llanas.

En algunas realizaciones, las fibras conductoras eléctricamente comprenden hilo conductor elastomérico. En dichas realizaciones, hay poca redistribución de fibras cuando el dispositivo es doblado, presentando diferentes características de respuesta a los transductores tejidos con hilo conductor no elastomérico tal como hilo metálico. Es una ventaja que no haya deformación residual alguna o que esta sea mínima cuando el dispositivo está tejido con hilo conductor elastomérico. Esto se debe a que, cuando se elimina una deformación sobre el dispositivo transductor, el dispositivo puede retornar a una configuración repetible.

La zona de transducción puede estar tejida con una pluralidad de tipos de fibra conductora eléctricamente, teniendo cada tipo una resistividad diferente.

Son ejemplos de fibra conductora eléctricamente las fibras poliméricas y las metálicas. Son ejemplos de fibra metálica las fibras de acero y las de cobre.

El dispositivo puede ser un dispositivo transductor tejido resistivo en el cual la deformación de la estructura tejida es consecuencia de una variación de la resistencia eléctrica de la zona de transducción. El dispositivo puede ser operado como medidor de deformación, en cuyo caso:

: La zona de transducción está tejida con fibras conductoras eléctricamente en la zona de transducción extendida en una dirección común.

Las fibras conductores eléctricamente se pueden extender en la dirección del tramo de la zona de transducción.

Las fibras conductoras eléctricamente se pueden incorporar en la zona de transducción dispuestas en fibras, alforzas y llanas.

El dispositivo de resistencia puede ser un dispositivo transductor tejido resistivo en el cual el desplazamiento de la estructura tejida de una configuración relajada da lugar a una variación de la resistencia eléctrica de la zona de transducción que está relacionada funcionalmente con el desplazamiento. La zona de transducción puede comprender:

: una sección de transducción formada de tejido junto con fibras conductoras eléctricamente; y

: una pluralidad de contactos eléctricos en conexión eléctrica con la sección de transducción, comprendiendo los contactos eléctricos fibras conductoras eléctricamente de mayor conductividad eléctrica que la conductividad eléctrica de las fibras conductores eléctricamente de la zona de transducción.

El dispositivo puede ser un dispositivo transductor tejido inductivo en el cual la deformación o desplazamiento de la estructura tejida da lugar a una variación de la inductancia de la zona de transducción. El dispositivo inductivo puede ser un dispositivo transductor tejido con solenoide inductivo sustancialmente cilíndrico. La zona de transducción puede ser tejida de fibras conductoras eléctricamente y fibras no conductoras. Las fibras conductoras eléctricamente pueden estar dispuestas en el exterior del solenoide y las fibras no conductoras pueden estar dispuestas en el interior del solenoide.

El dispositivo puede ser un dispositivo transductor tejido capacitivo en el cual la deformación de la estructura tejida da lugar a una variación de la capacitancia eléctrica de la zona de transducción. Las fibras conductoras eléctricamente de la zona de transducción pueden definir una pluralidad de electrodos separados. Los electrodos pueden ser electrodos de chapa concéntricos, interdigitados o paralelos. En este último caso, la zona de transducción puede comprender además una o más capas tejidas que fibras no conductoras extendidas entre los electrodos de chapa paralelos.

El dispositivo transductor tejido puede comprender una pluralidad de capas tejidas.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención se provee una disposición que comprende una pluralidad de dispositivos transductores tejidos de acuerdo con la invención.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención se provee un sistema de detección que comprende:

: al menos un dispositivo transductor tejido de acuerdo con la invención;

: medio de suministro eléctrico para emitir una señal eléctrica a un dispositivo transductor; y

: medio de detección para monitorizar unas características eléctricas de un dispositivo transductor tejido.

El sistema de detección puede comprender una pluralidad de dispositivos transductores tejidos en los cuales el medio de detección está adaptado para obtener información perteneciente a la orientación espacial relativa de los dispositivos transductores tejidos. El medio de detección puede obtener información perteneciente a las orientaciones relativas de los dispositivos transductores tejidos comparando las características eléctricas monitorizadas de los dispositivos transductores tejidos.

Las características eléctricas se pueden monitorizar a una pluralidad de frecuencias. Típicamente, una característica eléctrica se mide en función de la frecuencia de dichas realizaciones. Las características eléctricas pueden ser monitorizadas a una pluralidad de frecuencias en el rango de 1 a 1000 Hz, preferiblemente 5 a 500 Hz. Estas frecuencias son especialmente útiles en las mediciones de ECG.

La impedancia eléctrica es un ejemplo de característica eléctrica que se puede monitorizar. También se pueden monitorizar otras características eléctricas, tales como la resistencia y la capacitancia de cc.

El medio de detección puede producir un ECG a partir de las características eléctricas monitorizadas.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención se provee una prenda que comprende al menos un dispositivo transductor tejido de acuerdo con la invención. Dichas prendas tienen los transductores presentes "in situ" en sus posiciones requeridas. De esta manera se logra automáticamente la alineación correcta de los transductores con el cuerpo de un usuario de la prenda una vez que la prenda está puesta y así la prenda puede ser usada por usuarios no expertos sin necesidad de supervisión experta. La información se puede transmitir remotamente mediante, por ejemplo, telemetría y así el sujeto no tiene que estar necesariamente cerca de una institución sanitaria. Las prendas de la presente invención son adecuadas y robustas e incluso se pueden lavar y reutilizar sin ayuda de personal experto. Las prendas de la invención se pueden usar dentro del entorno de un hospital, y también en entornos deportivos para recoger datos del paciente/persona que usa la prenda. Ventajosamente, los dispositivos transductores tejidos se pueden incorporar integralmente en prendas tejidas en el procedimiento de fabricación. Además, las estructuras tejidas de la invención son deseables para su uso en prendas, especialmente prendas interiores, debido a varias propiedades ventajosas, tales como la buena recuperación elástica, superior drapeabilidad excelente (permiten un contacto con la piel excelente) y buenas propiedades de transpiración (gracias a la permeabilidad al aire de las estructuras tejidas). La renda puede comprender una pluralidad de capas tejidas. A este respecto se informa que una prenda tal como un chaleco que tiene parte anterior de una sola capa y parte posterior de una sola capa no se considera, a los fines de a presente invención, que tenga dos capas. Antes bien, se considera que es una renda de una capa pero se puede describir como prenda de (1+1) capas. Una prenda de m capas en la parte anterior y n capas en la parte posterior se describe como prenda de (m+n) capas. Además, para evitar dudas, se debe advertir que, en el contexto de la presente invención, un tejido realizado con capa plegada, tal como se describe en el documento WO 03/094717, no se debe considerar una prenda de una sola capa y tampoco una disposición en dos capas. Las capas tejidas se pueden formar como estructuras tejidas integrales, con un transductor tejido presente en una capa tejida como parte de la estructura tejida.

La prenda puede comprender una primera capa tejida con al menos un dispositivo transductor tejido, y la segunda capa tejida puede estar tejida con fibras conductoras eléctricamente que actúan como conductores de conexión del dispositivo transductor tejido.

La prenda puede comprender tres o más capas tejidas. La prenda puede comprender:

: una primera capa tejida con uno o más dispositivos transductores tejidos;

: una segunda capa tejida; y

: una tercera capa tejida con uno o más dispositivos transductores tejidos.

La segunda capa tejida puede estar adaptada para filtrar señales eléctricas procedentes de o introducidas en el dispositivo transductor tejido situado en la tercera capa tejida. Un dispositivo transductor tejido de la tercera capa puede ser un dispositivo transductor tejido inductivo. Beneficiosamente, la prenda es sin costuras.

En la práctica es normal emplear al menos tres dispositivos transductores tejidos.

A continuación se van a describir realizaciones de dispositivos transductores tejidos, prendas que los incorporan, sistemas de detección que incorporan los mismos, y disposiciones que comprenden una pluralidad de dispositivos transductores tejidos de acuerdo con la invención con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 muestra una pluralidad de medidores de deformación resistiva;

La figura 2 muestra un circuito equivalente eléctrico de un transductor de deformación;

La figura 3 muestra un transductor de desplazamiento resistivo;

La figura 4 muestra el itinerario geométrica del hilo conductor eléctrico del transductor de la figura 3;

La figura 5 muestra (a) un nudo y (b) un circuito equivalente de cuatro resistencias del nudo;

La figura 6 muestra circuito en red resistente equivalente;

La figura 7 muestra un transductor de solenoide;

La figura 8 muestra características de impedancia del solenoide de la figura 7;

La figura 9 muestra (a) una representación esquemática y (b) una fotografía de una disposición de tres transductores de solenoide en un dedo;

La figura 10 es una vista en planta de un transductor de proximidad capacitivo;

La figura 11 es una vista en planta de un medidor de deformación capacitivo;

La figura 12 muestra (a) una vista en perspectiva y (b) una vista en sección transversal de una serie de transductores capacitivos de chapa;

La figura 13 es una vista en sección transversal a través de una prenda de (1+3) capas usada por un sujeto;

La figura 14 muestra (a) vistas frontales de las capas de una prenda de (3 + 3) capas (b) una vista en sección transversal y (c) una vista desde arriba de una prenda de (3 + 3) capas usada por un sujeto;

La figura 15 muestra (a) una vista en perspectiva y (b) una vista despiezada de un chaleco de (1 + 3) capas;

La figura 16 muestra la disposición de los rebordes durante el tejido;

La figura 17 es una secuencia de tejido del reborde de tres capas;

La figura 18 muestra la secuencia de tejido y secuencia de transferencia del modelado de tres capas sobre el orillo derecho del chaleco;

La figura 19 muestra la secuencia de tejido y transferencia del modelado de las tres capas sobre el orillo izquierdo del chaleco;

La figura 20 muestra la secuencia de tejido y transferencia del terminado de la última fila y el terminado de los tirantes en los hombros;

La figura 21 muestra la secuencia de tejido y transferencia del modelado de tres capas para la abertura del cuello central izquierda del chaleco, así como la unión de los paneles anterior y central;

La figura 22 muestra la secuencia de tejido y transferencia para el modelado de las tres capas de la abertura del cuello central y derecha, así como la unión de los paneles anterior y central;

La figura 23 muestra la secuencia de tejido y transferencia para la terminación de la secuencia de tejido del cuerpo principal del chaleco de tres capas;

La figura 24 muestra un ejemplo esquemático de dispositivos transductores tejidos en la capa central del chaleco;

La figura 25 muestra una secuencia de tejido de un dispositivo transductor ejemplar.;

La figura 26 muestra un circuito equivalente eléctrico de la interfaz de la(el) piel/electrodo;

La figura 27 muestra (a) el circuito equivalente de una disposición de medición y (b) el circuito eléctrico equivalente de un sistema de electrodos; y

La figura 28 muestra una señal de ECG obtenida usando un electrodo tejido.

La presente invención provee transductores flexibles que se pueden usar en el campo de la electrónica usable. La invención provee estructuras tejidas de, por ejemplo, material polimérico electro conductor, metal y fibras inteligentes que se comportarán como transductores. Estos transductores se pueden fabricar usando máquina plana, circular y tecnología de tejido en zig zag.

Más adelante se describen varios tipos de transductores no limitativos. Los procedimientos revelados no forman parte de la invención reivindicada.

Transductores de malla de fibra resistiva

Los transductores tejidos se construyen usando hilos electroconductores. El procedimiento de construcción genérico de los transductores es tejer un área predeterminada de la estructura tejida base con hilo electroconductor. En el texto que sigue, el área anterior se define como Área Electroconductora (ECA). El tamaño, forma y elementos de unión (nudos, lazos de alforza, llanas e hilos dispuestos) y su organización en la estructura tejida base determinarían las características eléctricas de conjunto de la ECA, y su respuesta a las deformaciones estructurales de la estructura tejida. Esta variación de las características eléctricas de la ECA determinaría el tipo de transductor tejido y su función.

Una de las propiedades eléctricas medibles de los transductores tejidos es la resistencia eléctrica y su variación en la ECA. La variación de la resistencia se puede captar usando dos planteamientos diferentes. Generalmente, cuando una estructura tejida se deforma las deformaciones estructurales son debidas a la deformaciones del hilo y/o deslizamientos entre las áreas de contacto del hilo de los nudos (los nudos son los elementos básicos de una estructura tejida). Las deformaciones del hilo pueden deberse a estiramiento, doblado, retorcimiento y compresión. El primer procedimiento de captación de la resistencia eléctrica de un medidor de deformación tejido es considerando solamente la variación en longitud del hilo conductor de la estructura tejida, lo que da lugar a una variación de la resistencia.

El segundo procedimiento es considerando las deformaciones estructurales de los nudos de la ECA que van a dar lugar a una variación de la resistencia eléctrica. Bajo cargas pequeñas esto funciona como un potenciómetro y, por consiguiente, quedan definidos estos como transductores de desplazamiento. La invención no está limitada por estos dos procedimientos de operación propuestos.

Medidor de deformación resistivo

Un medidor de deformación resistivo tejido se puede hacer como una capa tejida simple usando un hilo elastomérico electroconductor, por ejemplo, hilos de de fibra de sílice rellenos con carbón, típicamente con una resistencia específica de 5-6 K\Omega/cm) e hilo base no conductor (que sería un hilo elastomérico). La estructura tejida base se deforma usando el hilo no conductor y disponiendo el hilo conductor en la dirección del tramo de la estructura base con una configuración predeterminada, que podría ser de la forma geométrica de un rectángulo, cuadrado, triángulo, círculo o elipse. La figura 1 muestra una pluralidad de dispositivos 10 transductores tejidos que fueron fabricados usando estos principios.

Debido a la configuración anterior es probable que la variación de la resistencia se deba solamente al estiramiento del hilo conductor. Si la estructura base del transductor de deformación es una varilla, enclavamiento o un derivado en ese caso el elastómero conductor se incorporará en la estructura tejida como un tendido de hilo; y el elastómero conductor se incorporará simplemente o en un nudo de revés o en un derivado en forma de lazos de alforza y llanas. En la figura 1 las estructuras 10 han sido tejidas con un hilo no conductor blanco y con un hilo elastomérico conductor negro. El hilo conductor negro también se extiende fuera de los dispositivos 10 transductores tejidos para servir de conductores 12 de conexión.

El circuito equivalente eléctrico del transductor de deformación se puede modelar considerando el itinerario geométrico del hilo elastomérico conductor. Dado que el hilo elastomérico conductor está asegurado dentro de los trayectos (fila de nudos) de la estructura base, que ha sido tejida con un hilo no conductor, el tendido de hilo elastomérico conductor está aislado eléctricamente en la estructura base, es decir, no hay conexión cruzada alguna en el tendido de hilo elastomérico, Por consiguiente, el itinerario eléctrico será igual que el itinerario geométrico del tendido del hilo elastomérico conductor. La resistencia equivalente se puede calcular asumiendo que es alimentado eléctricamente desde los dos extremos (figura 2) del elastómero conductor. Cuando la estructura se estira en la dirección Y la resistencia eléctrica del hilo elastomérico electroconductor se incrementa con respecto a la extensión. La resistencia del elastómero conductor será:

...(1)R = \rhoL/A

donde

\rho es la resistividad del elastómero conductor

L es la longitud del elastómero conductor tendido y

A es el área de la sección transversal del elastómero conductor

Transductor de desplazamiento resistivo

Los transductores de desplazamiento resistivos se pueden construir de hilo electroconductor tal como hilo polimérico y metálico. La función del transductor de desplazamiento se basa en el cambio de la resistencia eléctrica de la ECA. El hilo polimérico se usa para producir ECA obtener la variación de resistencia necesaria (debido a su mayor resistividad específica), y el hilo metálico tal como de acero inoxidable se usa para suministrar energía eléctrica ala ECA. La deformación de la ECA dará lugar a un cambio de su resistencia eléctrica. Este cambio generará una señal eléctrica si la ECA está alimentada eléctricamente.

Generalmente se pueden definir dos deformaciones estructurales distintivas en una estructura tejida. En la primera etapa de la deformación de una estructura tejida hay un desplazamiento libre del hilo en los nudos. La segunda etapa se define por la interferencia del hilo en las áreas de contacto de los nudos; en esta etapa el hilo no puede seguir desplazándose libremente dentro de la estructura. El componente que más contribuye a la variación de resistencia en la ECA dependería de las propiedades mecánicas y de la morfología superficial del hilo polimérico conductor y de la carga causante de la deformación de la estructura tejida. Con cargas pequeñas la deformación de los nudos sería debida principalmente al desplazamiento libre del hilo, por lo tanto, el transductor se puede usar para determinar el desplazamiento. Por otra parte, con cargas relativamente grandes, es decir, cuando el hilo está interferido, la deformación de la estructura tejida será debida a las deformaciones del hilo (doblado y estiramiento) y el transductor actúa como medidor de deformación.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de de transductor 32 de desplazamiento tejido. El dispositivo 30 comprende una sola capa tejida, aunque sería posible proveer en su lugar un dispositivo de múltiples capas. La estructura 32 base del transductor es una estructura tejida simple. La estructura 32 base fue tejida con un hilo no conductor, y se creó una ECA rectangular tejiendo un número definido de mallas tejidas (n) sobre un número definido de tramos (m) usando un hilo monofilamento electroconductor (1-10 K\omega/cm). Se alimentó eléctricamente la ECA 34 usando dos raíles 36 paralelos con dos tramos de tejido de un hilo muy conductor (acero inoxidable 1-5 \omega/cm).

La resistencia eléctrica de la ECA 34 dada en la figura 4 dependerá de:

\bullet: Resistividad del material electroconductor;

\bullet: Número de tramos (m) y número de mallas tejidas (n);

\bullet: Itinerario geométrico del hilo de los nudos;

\bullet: Orientación de la alimentación eléctrica.

Con el fin de calcular la resistencia de la ECA se debería considerar el bloque de construcción básico, que es un nudo. En la figura 4 se muestra una vista en planta de la estructura de nudos. Cualquier estructura textil se crea uniendo físicamente hilos, y en el caso de una estructura tejida esto se logra interconectando lazos formados de hilo, lo que da lugar a cuatro regiones de contacto del hilo. La mecánica de las regiones de contacto del hilo es muy compleja, y el comportamiento de una estructura tejida todavía no se comprende totalmente, aunque esto no afecta a la viabilidad del dispositivo como transductor. Cuando una estructura tejida se encuentra en un estado totalmente relajado el contacto del hilo es más probable que sea un contacto lineal; sin embargo cuando se aplica una fuerza plana se tiene que considerar el contacto del hilo como un área de contacto debido a la compresibilidad del hilo. Por consiguiente, es razonable asumir que la región de contacto del hilo es un nudo cortocircuitante que seguidamente se puede considerar nodo de una red de impedancia eléctrica. Un nudo tiene cuatro regiones o puntos de contacto. Por lo tanto, el circuito equivalente de CC del nudo se puede formular usando las resistencias de los segmentos conductores (conocidos como cabeza, patas y pies en la terminología del tejido) entre estos cuatro nodos por nudo. Las longitudes de los segmentos conductores se calculan considerando la geometría del itinerario del hilo del nudo. Por lo tanto, el circuito equivalente de CC de un nudo se puede definir usando cuatro resistencias; dos resistencias iguales que representan la cabeza y los pies (RH) y dos resistencias iguales que representan las dos patas (RL). En la figura 5(b) se muestra el circuito equivalente de CC de un nudo. La resistencia total de la ECA se modela repitiendo el modelo de circuito equivalente de cuatro resistencias de un nudo que constituye una malla resistiva como se muestra en la figura 5(b). La resistencia equivalente total de la ECA se puede calcular para una configuración dada del suministro eléctrico.

Cuando la ECA se tensa en la dirección de las mallas tejidas, RL se incrementa y RH decrece, lo que se debe al desplazamiento libre del hilo en las áreas de contacto y se debe también a la extensión de los segmentos de hilo que forman las patas y a la compresión de los segmentos de hilo que forman las cabezas de los nudos. El mecanismo exacto depende de la dinámica estructural. La longitud de los segmentos de hilo anteriores se calcula usando un modelo geométrico de una estructura tejida lisa que demuestra la deformación de la estructura por las condiciones de carga definidas. Seguidamente se utiliza la extensión de la longitud de los segmentos de hilo para calcular la resistencia. Por ejemplo, en la ECA mostrada en la figura 4 la configuración del suministro eléctrico del circuito equivalente total se describe a continuación. La resistencia total de la ECA se calcula usando los valores de RL y RH de cada celda unitaria (nudo) construyendo la malla resistiva equivalente (figura 6).

Para calcular la resistencia equivalente de la malla (ECA) se aplica la teoría de la malla.

V_{m} = Z_{m} * I_{m}: ...(2)

I_{m} = Z_{m-1} * V_{m}: ...(3)

R_{m} =1/z -1(1,1): ...(4)

donde

V_{m} y I_{m} son los vectores voltaje y corriente respectivamente

Z_{m} es la matriz de impedancia de la malla

z-1(1,1) es el primer elemento de Z_{m-1}.

Cuando la estructura se deforma la nueva resistencia de la ECA y la variación de la resistencia \DeltaR se calcula mediante:

\Delta R = R_{eq-R_{eq}}1

donde Req1 es la resistencia inicial de la estructura en condiciones relajadas.

Transductores de malla de fibra inductivos Medidor de deformación inductivo

En una realización un solenoide está tejido usando hilo electroconductor junto con hilo no conductor, preferiblemente un hilo elástico tal como Lycra o Spandex para crear las propiedades de elasticidad necesarias. La estructura puede ser una cualquiera de las estructuras tejidas básicas o sus derivados o cualquier combinación, tejida de forma tabular. El hilo electroconductor puede ser un hilo polimérico o metálico; sin embargo es preferente un hilo con muy poca resistencia eléctrica. Un ejemplo de solenoide 70 hecho de cable de cobre (Cu) de calibre 36 se muestra en la figura 7. Los dos hilos (hilo de Cu e hilo elastomérico) se tejieron usando la técnica de trenzado, es decir, los hilos fueros aplicados a las agujas de tejido de manera tal que el hilo de Cu conductor aparece en la capa exterior y el hilo elastomérico aparece en la capa interior (lado) del tubo tejido (solenoide). El hilo conductor se extiende desde el solenoide 70 para actuar como conductores 72 de conexión que se conectan a medios adecuados para alimentar el solenoide 70 y detectar variaciones en las propiedades inductivas del solenoide 70.

Las características de la impedancia fueron analizadas en condiciones de carga mecánica esvásticas y dinámicas. Los resultados obtenidos se muestran en las figuras 8(a) y 8(b). Las características eléctricas en estado relajado demostraros una característica típica de filtro de paso alto. La frecuencia de cierre fue 103 KHz y, por lo tanto, el mejor funcionamiento del transductor de solenoide se obtuvo a 1 MHz para medir la deformación, es decir, en modo de medición de deformación.

Transductores de desplazamiento inductivos

La estructura del solenoide descrito anteriormente se puede usar como transductor de desplazamiento. Sin embargo, la estructura tejida se debería hacer más estable para mantener una variación baja de la autoinductancia. Preferiblemente, se usa un material de Pr más alto tal como hilo de acero inoxidable (que tiene un valor de Pr 1000 veces mayor que el de CU) con o en vez del hilo de Cu para incrementar la inductancia del solenoide. Esto mejora la resolución del transductor. El principio básico es tejer una serie de solenoides en una prenda (mínimo dos) en posiciones definidas. Un ejemplo relativamente simple y no limitativo se da en la figura 9 que muestra una disposición de tres solenoides 90, 92, 94 para captar los movimientos de un dedo. El uso de un número mayor de solenoides (u otros dispositivos transductores inductivos) está dentro del ámbito de la invención. S1, S2 y S3 representan los tres solenoides 90, 92, 94 tejidos.

Se pueden utilizar dos procedimientos para medir los desplazamientos angulares (\alpha, \beta). En el primer procedimiento se mide la variación de la impedancia mutua y en el segundo procedimiento se utiliza la variación de la inducción electromagnética. Las mediciones se llevan a cabo para un par de solenoides. En el ejemplo mostrado en la figura 9 los solenoides S1 y S2 fueron considerados como el primer par y los solenoides S2 y S3 como el segundo par. Los dos pares fueron energizados alternativamente. La variación de la inductancia mutua del primer par debido al doblado del dedo se usó para medir el desplazamiento angular \alpha. Análogamente, el segundo par se usó para medir el desplazamiento angular \beta. Los dos pares fueron energizados a 1 MHz y se usó la técnica de multiplexión de división del tiempo para medir las lecturas de los dos pares de solenoides a una frecuencia de 10 Hz.

En el segundo procedimiento se energizó primero el solenoide S1 y se midieron los voltajes inducidos en los solenoides S2 y S3. Seguidamente se energizó el solenoide S2 y se midieron los voltajes inducidos en los solenoides S3 y S1 y, finalmente, se energizó el solenoide S3 y se midieron los voltajes inducidos en los solenoides S2 y S1. Se calcularon las posiciones angulares \alpha, \beta a partir de los datos.

La integración de la serie de solenoides tejidos en una prenda tejida usando preferiblemente tecnología de tejido sin costuras, facilita la detección (medición) de los movimientos de codos y rodillas. Análogamente, la serie de solenoides tejidos dentro de un guante durante su fabricación permite la detección del movimiento del dedo, facilitándose así la plataforma para la creación de un teclado virtual de PCS, música, juegos y otras aplicaciones del nicho.

Transductores de malla de fibra capacitivos

Se puede producir dispositivos transductores tejidos capacitivos y es posible tejer una serie de dichos transductores dentro de una estructura base. La estructura base se puede tejer de una fibra no conductora y se crean electrodos dentro de la estructura base usando un hilo electroconductor, preferiblemente un hilo de baja resistencia tal como hilo de acero inoxidable o de cobre. La deformación de la estructura da lugar a un desplazamiento de los electrodos y el cambio de la capacitancia de los electrodos se puede usar para medir la deformación mecánica, el contacto, el desplazamiento y la proximidad.

Transductores de proximidad capacitivos

En la figura 10 se muestra la construcción de un transductor 100 de contacto o proximidad. El transductor 100 de proximidad capacitivo se construye usando dos capas tejidas (estructura multicapa). El transductor comprende dos electrodos 102, 104 concéntricos, un electrodo 106 de compensación y una estructura 108 tejida base. Los electrodos 102, 104, 106 están tejidos sobre una capa y sus conectores están tejidos sobre la segunda capa (capa debajo de la capa con electrodos). Los transductores de proximidad descritos se pueden usar también como conmutadores flexibles en prendas inteligentes.

Medidor de deformación capacitivo tejido

La figura 11 muestra un medidor 110 de deformación capacitivo que comprende electrodos 112, 114 interdigitados y una estructura 116 base tejida de hilo no conductor. El medidor 110 de deformación se puede producir como una sola capa tejida.

Disponiendo los electrodos 112, 114 como se muestra en la figura 11 (definido como configuración de electrodos "peine") se puede medir la deformación estructural de una estructura tejida. La deformación estructural puede ser producida por una carga mecánica de la estructura. Con el fin de mejorar el funcionamiento del transductor 110 de deformación se puede usar un hilo elastomérico no conductor para tejer la estructura 116 base.

Condensador de chapas paralelas tejido

Se puede construir un transductor capacitivo de chapas paralelas usando estructuras tejidas multicapa (se conocen también como estructuras espaciadoras). Una estructura espaciadora consta de dos estructuras tejidas planas que están interconectadas por un hilo monofilamento. Las estructuras espaciadoras se pueden tejer convenientemente en máquinas de tejido planas usando tres hilos diferentes (portadores de hilo). Una ventaja de tejer para fabricar una disposición de chapas paralelas es la capacidad de los electrodos de tejido para definir tamaño, forma y su precisión de colocación dentro de una estructura en el suelo. Las chapas de electrodo se construyen tejiéndolas separadamente sobre las estructuras tejidas planas individuales usando hilos conductores y el espacio entre las chapas se construye tejiendo un gran módulo de hilo monofilamento no conductor. Una serie capacitiva se construye tejiendo las chapas de electrodo de acuerdo con un cuadriculado predeterminado sobre estructuras tejidas planas individuales, aislando así las chapas conductoras. Al construir el/los transductor(es) se debe tener en cuenta una consideración importante en la selección de los hilos de las caras de la chapa para que tengan propiedades mecánicas similares. Ventajosamente, la totalidad de la estructura está tejida de una sola vez. La figura 12 muestra una serie de transductores 120 capacitivos de chapas paralelas que comprende chapas 122 de electrodo. Una capa 124 base que comprende un hilo no conductor que se extiende entre las chapas 122 de electrodo.

Modelado de un Circuito Equivalente Eléctrico de un Electrodo Tejido

Cuando un electrodo se pone en contacto con la piel y se forma una interfaz eléctrica entre los mismos, la interfaz formada tiene dos componentes: 1) entre el electrodo y el electrolito; y 2) entre el electrolito y la piel. El segundo componente depende principalmente de la capa de la epidermis que consta de tres subcapas. Esta capa se renueva constantemente. Las células se dividen y se desarrollan en la capa más profunda llamada "stratum germinativum", y las células formadas nuevamente son desplazadas hacia fuera a medida que la formación de células nuevamente se desarrollas bajo las mismas. Cuando las células formadas nuevamente pasan a través del "stratum granulosum" comienzan a morir y a perder el material de su núcleo. Durante su viaje hacia fuera las células formadas nuevamente degeneran más en las capas en las capas de material queratinoso planas, que forma el "stratum corneum". Esta capa consta de células muertas, y la capa epidérmica, por consiguiente, es una capa de piel que cambia constantemente. Así pues cuando el "stratum corneum" se elimina se regenerará dentro de veinticuatro horas. Las caspas más profundas de la piel constan de de componentes vasculares y nerviosos de la piel, glándulas sudoríparas, conductos de sudor y folículos capilares.

En la figura 26 se muestra un circuito eléctrico equivalente de la interfaz piel-electrodo, en el que:

E_{hc}: es la mitad del potencial celular entre el electrodo y la interfáz de electrolito;

C_{d}: es la capacitancia de la interfaz electrodo-electrolito;

R_{d}: es la pérdida de resistencia de la interfaz electrodo-electrolito;

R_{s}: es la resistencia del electrolito;

E_{se}: es la mitad del potencial celular entre el electrolito y la piel;

C_{e}: es la capacitancia de la interfaz piel- electrolito;

R_{e}: es la pérdida de resistencia de la interfaz electrolito-piel;

R_{u}: es la resistencia de la dermis y de la capa subcutánea;

E_{p}: es la mitad del potencial celular de las glándulas sudoríparas, conductos y electrolito;

C_{p}: es la capacitancia de las glándulas sudoríparas, conductos y electrolito; y

R_{p}: es la pérdida de resistencia de las glándulas sudoríparas, conductos y electrolito.

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El circuito equivalente eléctrico del sistema ECA fue desarrollado modificando el conocido modelo Cole-Cole con una inductancia (L) y una resistencia (R) conectadas en serie; esto representa la impedancia de las vías eléctricas que conectan la ECA a una unidad de pretratamiento. La masa de componentes F_{d}, R_{s}, L, R y C_{d} fueron determinados analizando el espectro de la impedancia del sistema ECA- La impedancia se mide entre dos electrodos. El área de electrodos se selecciona para que sea 2,5 x 2,5 cm^{2} (por supuesto, esta área no es limitativa de manera alguna). El circuito equivalente de la disposición de medición se muestra en la figura 27(a), y comprende un preamplificador 270 y electrodos 272 tejidos. En 274 y 276 se muestran el tejido de piel y una fuente de ECG efectiva, respectiva-
mente.

La impedancia total del sistema de electrodos puede estar representado por el circuito equivalente mostrado en la figura 27(b). Los componentes individuales fueron estimados empíricamente como demostró Danchev y Al Hatib. (Danchev, S., y Al Hatib, F., "Non linear curve fitting for bio electrical impedance data analysis: a minimum ellipsoid volume method" Medición sicológica 20 (1999) Nl-N9, cuyo contenido se incorpora a la presente como
referencia).

Determinación de la impedancia de electrodo-piel-electrodo

Para mediciones de la impedancia se produjo un casquillo integrado con los electrodos. En este ejemplo el casquillo tejido sin costuras de los electrodos (área de contacto 2,5 x 2,5 cm^{2}) se situó separado 5 cm. No se llevó a cabo penetración alguna de la piel. Los electrodos fueron conectados a un analizador de impedancia, y la impedancia fue medida dentro del espectro de frecuencias del ECG, es decir, entre 5 y 400 Hz.

La práctica clínica habitual para medir un ECG es unir electrodos metálicos a la piel del paciente. Antes de unir los electrodos se aplica a la superficie de los electrodos una capa fina de gel electroconductor, con el fin de mejorar la conductividad eléctrica de la interfaz piel-electrodo. Se estudió el rendimiento de las ECAs de la invención usando esta práctica y empleando una capa fina de gel electroconductor. Se hicieron mediciones de la impedancia que pusieron de manifiesto un valor entre 7 y 9 Kohmios para la amplitud y una variación del ángulo de fase de entre -35° y -65°.

En la figura 28 se muestra un ejemplo de señal de ECG captada por el sistema ECA. La señal fue de calidad suficiente a los fines de diagnóstico temprano. Los componentes PQRST pudieron ser identificados claramente en las formas de onda; ocasionalmente se pudo observar también la onda en U.

Se hicieron también mediciones sin gel electroconductor. La magnitud de la impedancia estuvo en el rango de 1,4 MOhmios a 200 KOhmios para el rango de frecuencias de 20 a 40 Hz. El ángulo de fase estuvo en el rango de 55° a 75°. Usando este sistema se pudieron recuperar señales de ECG. SE observó una cierta cantidad de ruido en la señal de ECG "no depurada" debido a hechos tales como la deformación de la estructura tejida y la interferencia de líneas. Se pueden usar ventajosamente técnicas de tratamiento de señales para eliminar dichos hechos e interferencias, y mejorar así la calidad de la señal de ECG.

Prendas que incorporan dispositivos transductores tejidos

Se puede producir una amplia variedad de prendas que incorporan dispositivos transductores tejidos del tipo descrito anteriormente. Los ejemplos incluyen guantes, mitones, calcetines, pantalones y bragas. Los ejemplos especialmente útiles incluyen prendas para la parte superior del cuerpo, tales como chalecos, jerséis, camisas y similares. La figura 13 muestra una vista en sección transversal de un chaleco 130 que incorpora dispositivos transductores tejidos. La parte posterior del chaleco se compone de de una sola capa 132 tejida. Por el contrario, la parte anterior del chaleco está constituida por tres capas separadas, a saber una primera capa 136, una segunda capa 138 y una tercera capa 140. En la figura 13 se muestra también de manera un tanto esquemática el cuerpo 134 de un usuario del chaleco. El chaleco mostrado en la figura 13 se describe como prenda de (1 + 3) capas. En diferentes capas pueden tejerse diferentes transductores. En una realización preferente aunque no limitativa están tejidos en la primera capa 136 transductores adecuados para la medición de ECG, es decir, en la capa próxima a la piel del usuario; En la tercera capa 140 se pueden tejer otros transductores tales como medidores de deformación. Se advierte que puede ser deseable incorporar transductores tejidos inductivos en la prenda. Dichos transductores se alimentan eléctricamente a altas frecuencias tales como 1 MHZ o más con el fin de mejorar la relación señal a ruido. Dichas señales de lata frecuencia pueden ser perjudiciales para el cuerpo humano y, por lo tanto, es ventajosa la configuración mostrada en la figura 13, en la cual está dispuesta una segunda capa 138 entre la tercera capa 140 y el usuario 134. La segunda capa 138 actúa para proteger al usuario de las señales de alta frecuencia. Además, o alternativamente, la segunda capa 138 puede desempeñar otra función útil permitiendo que los conductores de conexión estén conectados a los transductores de la primera y/o tercera capas 136, 140. Estos conductores de conexión constan de hilos metálicos que forman parte del tejido de la segunda capa 138. En particular, las filas (tramos) tejidas de la segunda capa 138 pueden comprender hilos metálicos. Se advierte que es necesario que estén en contacto con la piel electrodos de biopotencial, pero no sus conductores de conexión, para mediciones de ECG. Por ello, la configuración mostrada en la figura 13 es especialmente ventajosa cuando los transductores de la primera capa 136 son electrodos de biopotencial. Los transductores se conectan por medio de conductores de conexión a medios de suministro eléctrico/detector adecuados. Dichos medios son bien conocidos en la técnica y por lo tanto no se ejemplifican más en la presente.

La figura 14 representa una realización afín con la realización de la figura 13. La realización de la figura 14 difiere en que tanto la parte anterior como la anterior del chaleco están constituidas por tres capas tejidas. Por ello, utilizando la nomenclatura propia, la figura 14 muestra un chaleco de (3 + 3) capas. Ambas partes posteriores del chaleco comprenden una primera capa 142 tejida que tiene una pluralidad de transductores dispuestos en la misma como parte de su estructura tejida, una segunda capa 144 tejida que tiene hilos conductores que actúan como conectores de los transductores situados el chaleco, y una tercera capa 146 tejida que tiene otros transductores dispuestos en la misma como parte de su estructura tejida. En una realización preferente, aunque no limitativa, los transductores de la primera capa 142 tejida son electrodos y los transductores de la tercera capa 146 son medidores de deformación. En la figura 14 se muestra también, de nuevo de manera un tanto esquemática, el cuerpo 148 de un usuario del chaleco. La mayoría de los chalecos se pueden tejer usando hilo no conductor convencional. Licra es un ejemplo de hilo adecuado, aunque muchos otros candidatos podrían proponerse a si mismos como expertos

Modelado de chaleco que tiene un total de tres capas (1 + 2 capas) sin costuras y tejidas en sensores

La figura 15 muestra un chaleco 150 modelado con tres capas con capa posterior 152, central 154 y posterior 152, las capas central 154 y anterior 156, sin costuras y con sensores (transductores) tejidos en las mismas, para su uso, por ejemplo, en la toma de lecturas de un ECG y lecturas respiratorias. Esta prenda se puede usar en un entorno hospitalario, así como en entornos deportivos para recoger datos del paciente/persona que usa la prenda. La prenda también puede se lavada, puesta y usada por personas no expertas ya que los sensores han sido tejidos en el interior de la prenda en sus posiciones correctas y, por ello, no es necesario una alineación o tratamiento especial.

Se utilizan tres chalecos distintos, uno por cada capa de tejido de manera que no hay bordes toscos en el chaleco terminado, eliminándose la sobrefijación en estos tres bordes del tejido.

Lo siguiente es la secuencia de tejido de los tras chalecos estratificados:

: Un hilo de arrastre divide el rastrillo de borra de los tres rebordes.

: Cada capa del chaleco se inicia con su propio reborde, de manera que no haya bordes toscos.

Cada reborde consta de un tramo tejido de uno de cuatro nudos en la base de agujas anteriores y también uno de cuatro nudos en la base de agujas posteriores (figura 17 inicio de reborde). El siguiente tramo tejido se teje exactamente con la misma disposición de agujas pero solamente sobre la base de las agujas posteriores (figura 17 tubular posterior), y los siguientes tramos se tejen exactamente con la misma disposición de las agujas pero solamente sobre la base de las agujas anteriores (figura 17 tubular anterior). Estos dos tramos se pueden repetir si es necesario. Seguidamente, la operación se termina tejiendo con la misma disposición de las agujas que en el tramo de inicio del reborde. La aguja se arrolla la base posterior ahora transferida a las agujas anteriores, de maneta que quedan fuera de la vía y permiten el comienzo del segundo reborde.

Este segundo reborde se teje en la misma secuencia que el primer reborde, excepto que la disposición de los lazos se inicia en la aguja de la izquierda, los lazos frontales tejidos en último lugar se transfieren a las agujas posteriores; esto permite tejer el tercer reborde dentro de las dos capas exteriores del tejido (figura 16).

De nuevo, el tercer reborde se teje en la misma secuencia que los primero y segundo rebordes; también se inicia en la aguja de la izquierda con los lazos posteriores, pero lo tejido a partir de los lazos anteriores situado sobre las agujas vacías opuestas a los lazos posteriores del segundo reborde. Una vez terminada la secuencia del reborde los anteriores del último tramo tejido se transfieren a la parte posterior.

Para lograr un chaleco modelado con tres capas los paneles anterior, central y posterior del tejido deben estar conectados, excepto en el inicio de brazos y cuello, donde el panel posterior aún tiene que ser separado hasta despegarlo en el hombro.

Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia del modelado de las tres capas sobre el orillo derecho del chaleco y de la unión de los paneles anterior y central. Se hace referencia a la figura 18.

Una vez terminada la secuencia de tejido del cuerpo principal:

Etapa 1:: el lazo posterior derecho (capa central del chaleco) se transfiere a dos agujas a la izquierda del orillo, con el fin permitir que la aguja pueda recibir el lazo de la capa anterior del chaleco;

Etapa 2:: el lazo anterior derecho (capa anterior del chaleco) se transfiere, en la posición del suelo, directamente a la parte posterior. Seguidamente, este mismo lazo se transfiere a la izquierda del orillo mediante dos agujas; duplicado del segundo lazo anterior de la capa anterior, esto completa el modelado de la capa anterior;

Etapa 3:: el lazo posterior derecho (capa posterior del chaleco), en la posición del suelo, se transfiere directamente a la aguja ahora vacía de la parte anterior. Seguidamente, el mismo lazo se transfiere a la izquierda del orillo mediante dos agujas que duplican el lazo de la segunda aguja del orillo. Esto completa el modelado de la capa posterior;

Etapa 4:: la aguja que fue desplazada al comienzo (Etapa 1) para permitir la transferencia de otros lazos se transfiere ahora a la izquierda encima del lazo del orillo derecho original. Esto completa el modelado de la capa central.

Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia del modelado de las tres capas sobre el orillo izquierdo del chaleco, y también de la unión de los paneles anterior y central. Se hace referencia a la figura 19.

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Una vez terminada la secuencia de tejido:

Etapa 1:: el primer lazo del orillo izquierdo de la capa central del chaleco se transfiere a una aguja vacía situada en la parte anterior mediante dos agujas a la derecha — así se permite que la aguja pueda recibir el lazo de la capa anterior.

Etapa 2:: el primer lazo del orillo izquierdo de la capa anterior se transfiere a la parte posterior de la posición del suelo. Este se transfiere seguidamente con el primer lazo de las dos agujas a la derecha de la capa posterior. Esto completa el modelado de la capa anterior y el modelado de la mitad de la capa posterior.

Etapa 3:: el primer lazo de la capa central a transferir en la Etapa 1 se transfiere ahora a la posterior, duplicando el lazo de la segunda aguja del orillo izquierdo.

La separación y terminado de las bandas se hace hacia la parte posterior de los hombros. Esto se hace así para que la capa doble de tejido quede a través del hombro y para mejorar la comodidad del chaleco cuando se empieza a usar. Se hace referencia a la figura 20.

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Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia para la separación y terminación de las bandas de los hombros:

Etapa 1:: se teje el hilo principal con tres agujas especiales situadas en la base de agujas posterior de la izquierda (figura 20).

Etapa 2:: se teje el hilo principal con dos agujas iguales desde la izquierda y se deja el alimentador de hilo a la derecha del área de separación (figura 20).

Etapa 3:: la primera aguja de la derecha se transfiere ahora a una aguja a la derecha, esto duplica el lazo de la aguja izquierda situada en la base de agujas frontales (figura 20).

Etapa 4:: desde las agujas especiales situadas en la base de agujas frontales, se transfiere ahora un lazo de la izquierda de la capa central de la posición en el suelo a la posterior (figura 20).

Etapa 5:: se teje el hilo principal con tres agujas iguales de la parte anterior de la derecha y, seguidamente, se teje con tres agujas especiales de la parte posterior hacia la derecha, dejando el alimentador de hilo a la derecha del área de separación (figura 20).

Etapa 6:: el lazo izquierdo de la capa anterior se transfiere a una aguja vacía situada detrás de la posición del suelo (figura 20).

Etapa 7:: el lazo de la capa anterior anteriormente a la izquierda se transfiere a la Etapa 6 y los lazos de la parte posterior izquierda se transfieren a dos agujas a la derecha de las agujas frontales (figura 20).

Etapa 8:: el segundo lazo de la izquierda de la base de agujas frontales se transfiere de la posición del suelo a la posterior, duplicando el lazo izquierdo de la capa posterior (figura 20).

Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia para el modelado de las tres capas para la abertura del cuello central izquierda del chaleco, y también de la unión de los paneles anterior y central. Se hace referencia a la figura
21.

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Una vez terminada la secuencia de tejido del cuerpo principal:

Etapa 1:: el lazo derecho de la parte central posterior (capa central del chaleco) se transfiere a dos agujas situadas a la izquierda del orillo central izquierdo, con esto se permite que la aguja sea capaz de recibir el lazo de la capa anterior del chaleco (figura 21).

Etapa 2:: el lazo situado a la derecha de la parte anterior central (capa anterior del chaleco) se transfiere de la posición del suelo directamente a la posterior. Seguidamente, este mismo lazo se transfiera a la izquierda del orillo central derecho mediante dos agujas; duplicando el segundo lazo frontal de la capa anterior, esto completa el modelado de la capa anterior (figura 21).

Etapa 3:: el lazo a la derecha de la parte posterior central (capa posterior del chaleco) se transfiere de la posición del suelo directamente a la aguja ahora vacía de la parte frontal. Seguidamente, este mismo lazo se transfiere a la izquierda del orillo derecho central mediante dos agujas duplicando el segundo lazo de la aguja del orillo. Esto completa el modelado de la capa posterior (figura 21).

Etapa 4:: la aguja que fue desplazada al comienzo (Etapa 1) para permitir la transferencia de otros lazos se transfiere ahora a la izquierda encima del lazo de la aguja del orillo central derecho original. Esto completa el modelado de la capa central (figura 21).

Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia para el modelado de las tres capas para la abertura del cuello central derecha del chaleco, también para la unión de los paneles anterior y central. Se hace referencia a la figura
22.

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Una vez completada la secuencia del tejido:

Etapa 1:: el primer lazo a la derecha de la parte central del orillo de la capa central del chaleco se transfiere a una aguja vacía situada en el frontal mediante dos agujas de la derecha, esto permite que la aguja sea capaz de recibir el lazo de la capa anterior (figura 22).

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Etapa 2:: el primer lazo de la derecha de la parte central del orillo de la capa anterior se transfiere a la parte posterior de la posición del suelo. Este se transfiere seguidamente con el primer lazo de la capa posterior a dos agujas de la derecha. Esto completa el modelado de la capa anterior y el modelado de la mitad de la capa posterior (figura 22).

Etapa 3:: el primer lazo a transferir en la etapa 1 de la capa central se transfiere ahora a al posterior, duplicando el lazo de la segunda aguja del orillo (figura 22).

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Lo siguiente es la secuencia de tejido y transferencia para la terminación de la secuencia de tejido del cuerpo principal del chaleco de tres capas. Se hace referencia a la figura 23.

Etapa 1:: se teje el primer alimentador con agujas iguales en la base frontal solamente (capa anterior de tejido).

Etapa 2:: se teje el segundo alimentador con agujas iguales en la base posterior solamente (capa central de tejido).

Etapa 3:: los lazos de la capa central se transfieren ahora a la base de agujas frontal, una aguja a la izquierda - esto permite tejer la capa posterior.

Etapa 4:: se teje el tercer alimentador de hilo con agujas iguales en la parte posterior (capa posterior de tejido).

Etapa 5:: los lazos de la capa central se transfieren ahora a la base de agujas posterior una aguja a la derecha, esto permite tejer las capas central y anterior.

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La figura 24 muestra una disposición ejemplar de sensores 240 tejidos en la capa 242 central de la prenda, dichos sensores pueden ser tejidos en cualquier posición necesaria

Lo siguiente es la secuencia de tejido de una prenda ejemplar solamente. Se hace referencia a la figura 25. Se trata de un ejemplo solamente, dado que el sensor se puede tejer con diferentes formas, tales como circular, oblonga, o cuadrada de acuerdo con el tipo de hilo y con las señales requeridas de los mismos. Se puede emplear diferentes tipos de sensor dependiendo de la aplicación final. La capa central del chaleco se usa para alojar el sensor porque está próxima a la piel, usándose la capa anterior del chaleco para portar el hilo del sensor de manera que esté aislado por la capa central. Los conductores del conector del sensor se tejen con un hilo altamente conductor (baja resistencia específica) y estas filas (tramos) tejidas forman las vías conductoras de un circuito integrado.

Etapa 1:: las tres capas principales del chaleco están ahora en su posición normal de las capas posterior y central sobre la base de agujas posterior. En este punto se teje el alimentador con el hilo del sensor o se cubren (en este caso) de la derecha para iniciar la posición del sensor sobre las agujas de la capa anterior y se teje solamente la anchura inicial del sensor sobre las agujas posteriores de la capa central (figura 25).

Etapa 2:: en este punto se teje el alimentador con el hilo del sensor hacia la derecha y después hacia la izquierda siguiendo la selección requerida para tejer la forma o tipo de sensor requerida (figura 25).

Etapa 3:: y, seguidamente, una vez que el sensor ha sido tejido totalmente, el alimentador de hilo con el tejido de hilo del sensor a la derecha del sensor se teje o se cubre (en este caso) a la derecha del orillo (figura 25).

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Las ventajas y características no limitativas de la presente invención son las siguientes:

\bullet: \vtcortauna la creación de una prenda multicapa sin costuras usando tecnología de tejido en máquina plana electrónica, que hace posible tejer prendas con una variedad de transductores diferentes, por ejemplo, electrodos, medidores de deformación, termopares para la medición de la temperatura, sensores de proximidad (sensores capacitivos), micrófonos y antenas tejidos. Los transductores y los electrodos anteriores se pueden tejer en capas diferentes de la prenda;

\bullet: \vtcortauna se pueden tejer series de transductores y electrodos con la prenda, los que permitiría seleccionar los transductores y electrodos para su rendimiento óptimo usando software inteligente;

\bullet: \vtcortauna los transductores, electrodos y sus conductores de conexión (vías conductoras) se pueden tejer como una sola estructura tejida integral que podría ser simple o multicapa (dos o más capas). En el caso de electrodos el parche de detección (el electrodo) se puede tejer sobre una capa y los conductores de conexión (vía inductiva) tejidos sobre la siguiente capa. Esto se puee lograr con tecnología de tejido de máquina plana electrónica;

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\bullet: \vtcortauna se pueden usar las técnicas de Intarsia y Jacquard para crear transductores, electrodos y vías conductoras. Esto permite tejer electrodos y transductores de diferentes formas geométricas y tamaños (rectangular, circular, elíptica etc.). La tecnología de las máquinas planas también permite tejer una serie de transductores y electrodos de diferentes formas geométricas y tamaños, que permiten medir diferentes valores fisiológicos;

\bullet: \vtcortauna el concepto de tejido de una prenda tal como un chaleco multicapa permite la creación de sistemas de monitorización de la salud como un circuito integrado. La técnica de la multicapa también permite incorporar circuitos y/o componentes microeléctrónicos entre las capas;

\bullet: \vtcortauna las prendas se pueden construir con conectores, transductores, electrodos, antenas y protección eléctrica como una estructura (una estructura compleja tejida sin costuras y en 3D);

\bullet: \vtcortauna los electrodos y transductores se podrían tejer sobre las capas anterior y posterior de la prenda. Los diferentes transductores y electrodos se sitúan en posiciones que permiten la mejor calidad de las señales captadas a captar.

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Hay numerosas variaciones a las realizaciones expuestas anteriormente que están dentro del ámbito de la invención. Por ejemplo, una prenda puede incorporar más capas tejidas.

Claims

1. Una estructura tejida que incluye como parte de la misma un dispositivo transductor que tiene al menos una zona de transducción tejida con fibras conductoras eléctricamente de manera que la deformación del dispositivo da lugar a una variación de una propiedad eléctrica de la zona de transducción, y medios para monitorizar dichas variaciones y proveer una indicación de las deformaciones de la estructura tejida, caracterizada porque en dicha estructura el primero y el último tramos de la zona de transducción están tejidos con fibras conductoras eléctricamente que actúan como conductores del dispositivo transductor.

2. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 1 en la que la zona de transducción está tejida con combinaciones de elementos de unión seleccionados del grupo que comprende nudos, lazos de alforza y llanas.

3. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 en la que las fibras conductoras eléctricamente comprenden hilo conductor elastoméríco.

4. Una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que la zona de transducción está tejida con una pluralidad de tipos de fibra conductora eléctricamente, teniendo cada una resistividad diferente.

5. Una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que la deformación del dispositivo transductor da lugar a una variación de la resistencia eléctrica de la zona de transducción.

6. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 5 que es operable como medidor de deformación, en la que la zona de transducción está tejida con fibras conductoras eléctricamente y fibras no conductoras; y las fibras conductoras eléctricamente de la zona de transducción se extienden en una dirección común.

7. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 6 en la que las fibras conductoras eléctricamente se extienden en la dirección de los tramos de la zona de transducción.

8. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 6 o 7 en la que las fibras conductoras eléctricamente están incorporadas en la zona de transducción como fibras.

9. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 5 en la que el desplazamiento del transductor desde una configuración relajada da lugar a una variación de la resistencia eléctrica de la zona de transducción que está relacionada con el desplazamiento.

10. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 9 cuando es dependiente de la reivindicación 4 en la que la zona de transducción comprende:

: una sección de transducción formada de fibras conductoras eléctricamente que se tejen conjuntamente; y

: una pluralidad de contactos eléctricos en conexión eléctrica con la sección de transducción, comprendiendo los contactos eléctricos fibras conductoras eléctricamente de mayor conductividad eléctrica que la conductividad eléctrica de las fibras conductoras eléctricamente de la zona de transducción.

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11. Una estructura tejida de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la que la deformación o desplazamiento del dispositivo transductor da lugar a una variación de la inductancia de la zona de transducción.

12. Una estructura tejida de solenoide inductivo sustancialmente cilíndrica de acuerdo con la reivindicación 11.

13. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 12 en la que la zona de transducción está tejida con fibras conductoras eléctricamente y fibras no conductoras.

14. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 13 en la que las fibras conductoras eléctricamente están dispuestas en el exterior del solenoide y las fibras no conductoras están dispuestas en el interior del solenoide.

15. Una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la que la deformación del dispositivo transductor da lugar a una variación de la capacitancia eléctrica de la zona de transducción.

16. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 15 en la que las fibras conductoras eléctricamente de la zona de transducción definen una pluralidad de electrodos separados.

17. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 16 en la que los electrodos son concéntricos.

18. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 16 en la que los electrodos están interdigitados.

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19. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 16 en la que los electrodos son electrodos de chapas paralelas.

20. Una estructura tejida de acuerdo con la reivindicación 19 en la que la zona de transducción incluye una o más capas tejidas de fibras no conductoras que se extienden entre los electrodos de chapas paralelas.

21. Una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que el dispositivo transductor comprende una pluralidad de capas tejidas.

22. Una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 que incluye una pluralidad de dichos dispositivos transductores.

23. Un sistema de detección que comprende una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes; medio de suministro eléctrico para emitir una señal eléctrica al dispositivo transductor tejido; y medios de detección para monitorizar una característica eléctrica de dicho al menos un dispositivo transductor tejido.

24. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 23 que incluye una pluralidad de dispositivos transductores tejidos, y en el que el medio de detección está adaptado para obtener información perteneciente a la orientación espacial relativa de los dispositivos transductores.

25. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 24 en el que el medio de detección obtiene información perteneciente a las orientaciones relativas de los dispositivos transductores tejidos comparando las características monitorizadas de los dispositivos transductores tejidos.

26. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25 en el que las características eléctricas se monitorizan a una pluralidad de frecuencias.

27. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 26 en el que las características eléctrica de monitorizan a una pluralidad de frecuencias en el rango de 1 a 1000 Hz.

28. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 26 o 27 en el que el medio de detección produce un ECG a partir de las características eléctricas monitorizadas.

29. Una prenda que comprende una estructura tejida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.

30. Una prenda de acuerdo con la reivindicación 29 que comprende una pluralidad de capas tejidas.

31. Una prenda de acuerdo con la reivindicación 30 en la que las capas tejidas están formadas como una estructura tejida integral.

32. Una prenda de acuerdo con las reivindicación 30 o 31 que comprende una primera capa tejida que tiene al menos un dispositivo transductor tejido y en el que la segunda capa tejida está tejida con fibras conductoras eléctricamente que actúan como conductores de conexión del dispositivo transductor tejido.

33. Una prenda de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32 que comprende tres o más capas tejidas.

34. Una prenda de acuerdo con la reivindicación 33 que comprende una primera capa tejida que tiene uno o más dispositivos transductores tejidos; una segunda capa tejida y una tercera capa tejida que tiene uno o más dispositivos transductores tejidos.

35. Una prenda de acuerdo con la reivindicación 34 en la que la segunda capa tejida está adaptada para filtrar señales eléctricas que emanan de o son introducidas en un dispositivo transductor tejido situado en la tercera capa tejida.

36. Una prenda de acuerdo con la reivindicación 35 en la que un dispositivo transductor tejido de la tercera capa es un dispositivo transductor tejido inductivo.

37. Una prenda sin costuras de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 29 a 36.