Sports activities with wearable technologies
Giyilebilir teknolojiler ile spor aktiviteleri
- Tez No: 886392
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ATALAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Giyilebilir teknolojiler, sağlık alanında devrim yaratma potansiyeline sahip olup, esneklik, konfor, yeniden kullanılabilirlik ve uzun vadeli sağlık verilerini izleme özellikleri ile dikkat çekmektedir. Günümüzde kullanılmakta olan konvensiyonel yapışkan elektrotlar, en yaygın EKG izleme yöntemlerinden biri olarak bilinse de, bu elektrotlarda yer alan iletken jel zamanla kurur ve sinyal kalitesini düşürür. Bir başka dezavantajları ise ciltte tahrişe neden olabilmeleridir. Bu durum, kullanıcı konforunu olumsuz yönde etkiler ve uzun süreli sağlık verileri takibi gerektiren durumlarda sınırlamalar getirir. Bu bağlamda, tekstil bazlı EKG elektrotları, geleneksel elektrotlara kıyasla daha kullanıcı dostu ve cilt tahrişini önleyen özellikleri sayesinde uzun süreli kullanımda önemli avantajlar sağlar. Ancak, bu elektrotların performansı, temas basıncı, temas yüzey alanı ve elektrot konumu gibi çeşitli faktörlerden etkilenir. Bu faktörler, kaydedilen EKG verilerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini doğrudan etkilemektedir. Dolayısıyla, tekstil bazlı elektrotların tasarımı ve yerleşimi, performanslarını optimize etmek için dikkatle ele alınmalıdır. Bu çalışmanın temel amacı, EKG ve omuz duruş izleme işlevlerini entegre eden bir tişört geliştirmektir. Tişörtün tasarımında, elektrotlar ve gerilim sensörlerinin dikişsiz örgü teknolojisi ile entegre edilmesi hedeflenmiştir. Bu yöntem, sinyal kalitesini artırırken konforu da maksimize etmeyi sağlar. Dikişsiz örgü teknolojisi, EKG ve duruş izleme işlevlerini tişörtün iletken olmayan ana beden kumaşına, elektrot ve sensörlerin tasarımda istenen konumlara, bir ek dikiş işlemine gerek kalmadan sorunsuz bir şekilde entegre edebilmektedir. Bu entegre yapı, tişörtün yüksek esneklik, konfor ve estetik sunmasına olanak tanır. Ayrıca, tişörtün ileride uzun süre boyunca sürekli sağlık verilerini izleme için kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu nedenle tişörtün tasarımında kullanılan dikişsiz üretim yönteminin, kullanıcıya yüksek düzeyde konfor sunar ve esnek, yumuşak yapısı sayesinde uzun süreli kullanımlarda bile rahatsızlık vermemesi hedeflenmiştir. Elektrotlar ve sensörler, tişörtün içine entegre edilmiştir, böylece kullanıcı ek bir cihaz taşımadan sağlık verilerini alabilir. Tişörtün görsel olarak dikkat çekmeyen tasarımı, günlük kullanım için uygundur ve sağlık izlemenin entegrasyonunu kolaylaştırır. Tekstil bazlı kapasitif gerilim sensörleri, duruş bozukluklarını tespit etmede önemli bir rol oynar. Bu sensörler, kapasitif özellikleri sayesinde yüksek doğrulukla gerilim ve basınç değişimlerini ölçebilir. Tişörtün arka kısmına, sırt ortasına ve omuzlarda yerleştirilen sensörler, doğru ve yanlış duruş pozisyonları arasındaki değişimleri ölçerek omuz pozisyonunu analiz eder. Bu sayede, kullanıcıların duruş bozuklukları hakkında bilgi sahibi olmaları sağlanır. EKG sinyali almak için kullanılan elektrot tasarımı, dikişsiz üretim yöntemiyle üretilen üç farklı örgü deseni (süprem, ribana ve pike) ve konvensiyonel EKG elektrotları test edilmiştir. Kişi üstünden alınan veriler sonucunda SNR sonuçları ve EKG sinyal görselleri kıyaslandığında en iyi sinyal kalitesinin süprem deseninden elde edildiği gözlemlenmiştir. Tekstil bazlı elektrotlar, doğru kullanıldığında yüksek kaliteli sinyaller sağlayabilir, bu da bu teknolojinin potansiyelini doğrular. Çalışma, akıllı tişörtte yer alan tekstil bazlı elektrotların çeşitli fiziksel aktiviteler sırasında EKG sinyali almadaki performansını değerlendirmiştir. Bu aktiviteler oturma, ayakta durma, yürüyüş ve koşmayı içermektedir. Tekstil bazlı elektrotların bazı dezavantajlarına rağmen, yenilikçi tişört tasarımı, süprem, ribana ve pike örgü desenleri ile yapılan deneyler sonucunda daha iyi sinyal kalitesi elde etmiştir. Örneğin, akıllı tişört oturma sırasında 17.072 dB sinyal-gürültü oranı (SNR) gösterirken, geleneksel elektrotlar 17.912 dB SNR göstermiştir. Ancak, daha dinamik aktivitelerde akıllı tişört geleneksel elektrotlardan daha kaliteli EKG sinyal görüntüsü sağlamıştır; ayakta dururken 12.476 dB, yürürken 12.212 dB ve koşarken 5.250 dB SNR değerleri elde edilmiştir. Geleneksel elektrotlar ise yürüyüş esnasında (-0.407 dB) ve koşuda (-7.3372 dB) olmak üzere akıllı tişörtten alınan değerlerden daha düşük SNR değerleri göstermiştir. Bu sonuçlar, akıllı tişörtün çeşitli fiziksel aktivitelerde kalp atış hızını izlemek için uygun ve güvenilir ECG sinyalleri sağladığını ortaya koymaktadır. Ayrıca, spor tişörtü tasarımındaki bu elektrotların gelecekte ECG kaynaklı solunum verileri elde etmek için de kullanılabileceği potansiyeli vardır. Duruş izleme açısından, doğru ve yanlış oturma pozisyonları arasındaki sensör kapasitans değerindeki değişimler, omuz pozisyonunu değerlendirmede önemli bir yardımcıdır. Tekstil bazlı gerilim sensörleri, fiziksel aktivite seviyelerindeki değişimleri etkili bir şekilde yakalar ve teknolojinin güvenilirliğini artırır. Tişörtün insan vücuduna uyum sağlayabilmesi, uzun süreli giyilebilirlik ve genişletilmiş izleme süreleri gibi avantajları, bu teknolojinin biyo-sinyal izleme alanında devrim niteliğinde olabileceğini öne sürmektedir. Ayrıca, çalışmada EKG sinyali filtrelemede kullanılabilecek giyilebilir tekstil tabanlı rezistör ve kapasitör tasarımlarının kullanılabilirliğini de test etmiştir. Bu rezistör ve kapasitörler, 100 Hz kesme frekansına ulaşacak şekilde tasarlanmış ve bu tekstil tabanlı malzemelerin, ECG verilerini filtrelemede günümüzde kullanılan sert bileşenlerin yerini gelecekte alma potansiyeli gösterdiği düşünülmektedir. Farklı malzemeler ve boyutlarla yapılan deneyler, tekstil malzemelerinin, geleneksel sert bileşenleri değiştirebilecek örnekler sunulmuştur ve elde edilen kesme frekansları gelecekteki uygulamalar için umut vaat etmektedir. Bunun yanı sıra, bu elektrotlardan sadece EKG sinyalleri değil, ileride aynı zamanda solunum verileri de elde edilebilir. Bu çok yönlülük, tekstil bazlı elektrotların sağlık izleme uygulamalarında geniş bir kullanım alanı bulabileceğini göstermektedir. Tişört üretiminde kullanılabilecek kumaş desenlerinin konfor özelliklerini belirlemek amacıyla, örneklerin termal konfor, buhar geçirgenliği ve hava geçirgenliği ölçülmüştür. Çalışma bulguları, spor tişörtleri tasarımı için özellikle önemlidir, çünkü termal ve nem yönetimi performans ve konfor açısından kritik öneme sahiptir. Mesh (M+J) gibi çift katmanlı kumaş kombinasyonları, nefes alabilirliği korurken artırılmış yalıtım sunar—aktif giyimler için anahtar özelliklerdir. Mesh kumaşlar, yüksek relatif su buharı geçirgenliği (ortalama 66.43) ve üstün hava geçirgenliği (ortalama 128.61 cm³/cm²/s) ile fiziksel aktivite sırasında fazla ısı ve nemin etkili bir şekilde yönetilmesini sağlar. Bu termal direnç ve hava akışı dengesi, spor ortamlarında stabil ve rahat bir vücut sıcaklığını korumak için oldukça önemlidir. M+J kombinasyonu, etkili nem yönetimi ve nefes alabilirliği ile spor tişörtleri için ideal bir seçim olarak öne çıkar, sporcuların aktiviteleri boyunca serin, kuru ve rahat kalmalarına yardımcı olur. Gelecekte, bu tür tekstil bazlı akıllı giysilerin daha da geliştirilerek sağlık verileri takibinde daha yaygın hale gelmesi beklenmektedir. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, daha hassas ve kullanıcı dostu sensörler geliştirilebilir ve bu da sağlık izleme yöntemlerini daha da iyileştirebilir. Bu tür yenilikler, kişisel sağlık takibinin evriminde önemli bir adım olarak görülmektedir ve bireylerin sağlıklarını daha etkin bir şekilde yönetmelerine yardımcı olabilir.
Özet (Çeviri)
Wearable technologies represent a revolutionary fusion of traditional fabric materials with advanced digital technology, enabling the creation of smart garments and accessories with embedded sensing, communication, and computational capabilities. These technologies are particularly valuable in bio-signal monitoring due to their flexibility, comfort, and reusability, allowing for continuous, long-term monitoring. While adhesive, single-use electrodes are commonly used for ECG monitoring, they are not ideal for prolonged use as the conductive gel dries out over time, reducing signal quality and often causing skin irritation. In contrast, textile-based ECG electrodes are dry and non-adhesive, making them more user-friendly and less likely to irritate the skin. However, they face challenges such as variability in contact pressure, surface area, and placement, which can impact the accuracy and reliability of ECG data. This study addresses these challenges by integrating electrodes and strain sensors using seamless knitting technology. The study evaluates the performance of textile-based electrodes embedded in a smart t-shirt for ECG signal acquisition during various physical activities, including sitting, standing, walking, and running. Despite some disadvantages of textile-based ECG electrodes, this innovative t-shirt design achieved better signal quality by experimenting with single jersey, rib, and pique knitting patterns. The signal-to-noise ratio (SNR) was compared against conventional electrodes. The smart t-shirt showed a slightly lower SNR during sitting (17.072 dB) compared to conventional electrodes (17.912 dB), but it outperformed conventional electrodes during more dynamic activities. The smart t-shirt maintained an SNR of 12.476 dB while standing, 12.212 dB while walking, and 5.250 dB while running, whereas conventional electrodes displayed lower SNRs, with particularly negative values during walking (-0.407 dB) and running (-7.3372 dB). These results indicate that the smart t-shirt provides reliable ECG signals suitable for heart rate monitoring across a range of physical activities. Additionally, the electrodes could potentially be used for ECG-derived respiratory data in the future. Regarding posture monitoring, changes in sensor capacitance values between correct and incorrect sitting postures can aid in assessing shoulder position. Textile-based strain sensors effectively capture changes in physical activity levels, further enhancing the reliability and effectiveness of the technology. The t-shirt's adaptability to the human body, along with its advantages in prolonged wearability and extended monitoring durations, suggests it could be a game-changer in the field of bio-signal monitoring. Beyond the application of textile-based sensors and electrodes, the study also explores the use of textile materials in creating electronic components like resistors and capacitors. These components were designed to achieve a 100 Hz cut-off frequency, demonstrating the potential for textile materials to replace rigid components in low-pass filtering for ECG measurements. The selection of textile materials and their arrangement posed challenges in achieving the high resistance and capacitance values required for specified cut-off values while ensuring wearability. However, experimentation with different materials and sizes yielded samples capable of replacing rigid components, potentially paving the way for future applications. To determine the comfort properties of fabric patterns that can be used in t-shirt production, thermal comfort properties, vapor permeability and air permeability of the specimens were evaluated. The study's findings are particularly relevant for designing sports t-shirts, where thermal and moisture management are critical for performance and comfort. Double-layer fabric combinations, especially those incorporating Mesh (such as M+J), offer enhanced insulation while maintaining breathability—key attributes for activewear. Mesh fabrics, with high relative water vapor permeability averaging 66.43 and superior air permeability averaging 128.61 cm³/cm²/s, ensure that excess heat and moisture are efficiently managed during physical activity. This balance of thermal resistance and airflow is crucial in sports settings, where maintaining a stable and comfortable body temperature is essential. The M+J combination, with its effective moisture management and breathability, emerges as an ideal choice for sports t-shirts, helping to keep athletes cool, dry, and comfortable throughout their activities. The integration of ECG and posture monitoring into a seamless t-shirt offers a user-friendly, visually unobtrusive, comfortable, and continuous method for tracking vital health metrics and detecting abnormalities over extended periods. The textile-based capacitive strain sensors in the t-shirt, with their superior linearity and repeatability over long periods, enable the detection of poor posture, a common issue in our sedentary lifestyles. By integrating electrodes and strain sensors into a t-shirt using a seamless knitting method, this design enhances comfort and enables continuous monitoring of vital health metrics. This innovation has the potential to replace current wearables, offering extended wearability and prolonged monitoring capabilities.
Benzer Tezler
- Ticari rekreasyon işletmelerinde giyilebilir teknoloji ürünlerinin inovasyona etkisi
The effect of wearable technology products on innovation in commercial recreation businesses
ELİF MAMAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve TeknolojiEskişehir Teknik ÜniversitesiSpor Yönetimi ve Rekreasyon Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEREM YILDIRIM ŞİMŞEK
- Eldeki kas hastalıklarının tedavisi için tekstil tabanlı yumuşak aktüatör geliştirilmesi
Development of textile-based soft actuator for the treatment of muscle diseases at hand
ELİF DEDE
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE DİLARA KOÇAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI TUNÇAY ATALAY
- Human activity monitoring and recognition with multiple wearable sensors
İnsan aktivitesinin çoklu giyilebilir sensörlerle izlenmesi ve tanınması
BERKAN BOSTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YAVUZ ŞENOL
- Image processing based haptic guidance system for visually impaired runners
Görme engelli koşucular için görüntü işleme ve dokunsal geri besleme tabanlı yönlendirme sistemi
OĞUZ KAYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EVREN SAMUR
- Okçuluk sporuyla uğraşan sporcuların nöro-geribildirim ile odaklanma ve sakinlik analizi
Analysis of attention and meditation of athletes, who are into archery, with neuro-feedback
SAYGIN AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
SporTrabzon ÜniversitesiBeden Eğitimi ve Spor Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT AYAN