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  5. Gait Phase Detection Using 3D-Printed Piezoelectric Force Myography Sensors
 
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2024
Zweitveröffentlichung
Konferenzveröffentlichung
Postprint

Gait Phase Detection Using 3D-Printed Piezoelectric Force Myography Sensors

File(s)
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Hauptpublikation
2024-09-22__UFFC_FMG_Sensors.pdf
Urheberrechtlich geschützt
Format: Adobe PDF
Size: 1.89 MB
TUDa URI
tuda/13761
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-300136
DOI
10.26083/tuprints-00030013
Autor:innen
Latsch, Bastian ORCID 0000-0001-9929-5694
Schäfer, Niklas ORCID 0000-0001-5433-0273
Schaumann, Stephan ORCID 0009-0001-2705-9833
Graffe, Steffen
Mahmoudi, Asghar
Grimmer, Martin ORCID 0000-0003-1921-1433
Altmann, Alexander A. ORCID 0000-0001-5299-3620
Ben Dali, Omar ORCID 0000-0002-7318-3974
Seiler, Julian
Rinderknecht, Stephan ORCID 0000-0001-5568-1649
Beckerle, Philipp ORCID 0000-0001-5703-6029
Kupnik, Mario ORCID 0000-0003-2287-4481
Kurzbeschreibung (Abstract)

Muscle activity can be utilized to detect a user’s movement intention in human-machine interactions. Electromyography (EMG) is the prevalent method to assess muscle activity but has critical disadvantages in its practical implementation, particularly for long-term measurements, which are required in wearable devices. Force myography (FMG) offers an alternative approach, mechanically detecting muscle contractions by assessing the tissue deformation. Highly sensitive ferroelectrets qualify for detecting subtle muscle movements using FMG. We propose to attach individual ferroelectret sensor patches superficially to the muscle bellies, thereby avoiding crosstalk from other muscles. The sensors are additively manufactured using polypropylene, which allows for application-specific customizations. In order to investigate the suitability of these sensors for FMG during walking, we conduct a study with seven unimpaired participants. Heel strike and toe-off events are determined from the data of four leg muscles, while the ground reaction force provided by an instrumented treadmill serves as a reference. Tibialis anterior (TA) and vastus medialis (VM) suit best for determining toe-off and heel strike events, with small deviations of 3.3%±1.7% for toe-off detection at the TA and -1.2%±1.2% for heel strike detection at the VM. The experimental results demonstrate the suitability of our ferroelectret sensors as a possible substitute for EMG, underscoring their potential in assistive devices such as exoskeletons and prostheses.

Freie Schlagworte

ferroelectret

piezoelectric sensor

force myography

muscle activity

smart wearable

gait event detection

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS)
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mess- und Sensortechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control and Cyber-Physical Systems (CCPS)
03 Fachbereich Humanwissenschaften > Institut für Sportwissenschaft > Sportbiomechanik
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin, Gesundheit
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Veranstaltungstitel
2024 IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Joint Symposium (UFFC-JS)
Veranstaltungsort
Taipei, Taiwan
Buchtitel
2024 IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Joint Symposium (UFFC-JS)
ISBN
979-8-3503-7190-1
ISSN
2375-0448
Verlag
IEEE
Ort der Erstveröffentlichung
Piscataway, NJ
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1109/UFFC-JS60046.2024.10794064
PPN
52967047X
Zusätzliche Links (Organisation)
https://2024.ieee-uffc-js.org/

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