Tulostettava versio

Tutkija Timo Vuorelan kehittämät puettavat mittalaitteet tarkkailevat kehon toimintoja väsymättä.

Timo Vuorela nostaa paitaansa ja kytkee johdot rintaansa kiinnitettyihin EKG-elekrodeihin. Tänään on mittauspäivä.

– Usein elektrodit tulee puettua jo ­aamulla päivän mittauksia varten, hän kertoo.­

Tietokoneen näytölle alkaa piirtyä tutkijan sydänkäyrä.

Suunto ja Polar ovat synnyttäneet sykemittareista ison bisneksen. Timo Vuorela ja hänen kollegansa Tampereen teknillisessä yliopistossa kehittävät seuraavan sukupolven mittausteknologiaa. Näitä vaatteisiin kätkettyjä, käyttäjänsä elintoimintoja tarkkailevia mittalaitteita ei nähdä kauppojen hyllyllä vielä muutamaan vuoteen.

Väitöstutkimuksensa suurimmaksi saavutukseksi Vuorela nimeää laitteen, jonka vaatteiden alle kätketyt anturit tallensivat pukijansa elintoiminnot 24 tunnin ajan yhdellä latauksella. Datavirta oli melkoinen, sillä sydämen lyöntitiheys oli vain yksi mitattavista suureista. Vuorela esittelee omaa vuorokauttaan koekaniinina: sydämenlyönnit, hengitystilavuus, kiihtyvyyssensorien mittaama toimeliaisuus ovat omina käyrinään.

– Tässä kävelin töistä kotiin, tässä taas olin pihalla lapsen kanssa, hän esittelee piikkejä aktiivisuuskäyrässä.

– Teimme ensimmäisinä maailmassa liikkuvan ihmisen nestetasapainon mittauksia kangaselektrodeilla, hän kehaisee.

Vaatteet aina mukana

Pöydällä on TEKES-hankkeessa kehitetyn mittalaitteen eri kehitysversioita. Varhainen malli on valettu silikoniin. Silikonisärmiön sisällä näkyy Nokia-kännykän akku ja pieni piirilevy, johon vaatteeseen neulotut elektrodit kytketään pienillä neppareilla. Viimeisin kehitysversio on jo kuin kaupan hyllyltä. Se sisältää 6 G:n kiihtyvyyksiä mittaavan anturin ja radiolinkin mittausdatan lähettämiseksi langattomasti jatkokäsittelyyn. Keskimääräinen tehonkulutus on saatu painettua muutamaan kymmeneen milliwattiin.

Miksi mittarit pitää integroida vaatteisiin?

– Vaatteet ovat aina mukana, ja mittauksen toistettavuuden kannalta on hyvä, että elektrodit ovat aina samalla paikalla, Vuorela selvittää.

Potentiaalisia sovelluksia on lukemattomia. Älypaita voi tarkkailla kotona asuvien ikäihmisten sydämenlyöntejä, hengitystä ja aktiivisuutta ympäri vuorokauden. Kun EKG-anturin tuloksia verrataan kiihtyvyysanturin lukemiin, selviää, johtuuko kova syke fyysisestä rasituksesta vai sairaskohtauksesta. Apu saadaan tarvittaessa nopeasti paikalle.

Urheilijat tai palomiehet saavat tietoa muun muassa sykkeestä, hengitystiheydestä, kehon lämpötilasta ja nestetasapainosta.

– Palomies voi saada varoituksen liian korkeaksi kohoavista kehon lämpötiloista tai uhkaavasta nestehukasta, Vuorela kertoo.

Takavuosina Vuorela kärsi itsekin rytmihäiriöis­tä.

– Sydänfilmeistä ei koskaan selvinnyt mitään. Mittauksen pitäisi olla jatkuvaa, jotta silloin tällöin esiintyviä häiriöitä päästäisiin analysoimaan.

Bioimpedanssi kertoo kaiken

Bioimpedanssin mittauksella saadaan kerättyä paljon fysiologista tietoa.

– Resistanssi kuvaa materiaalin kykyä vastustaa tasavirtaa, impedanssi taas kykyä vastustaa vaihtovirtaa, Vuorela selvittää.

Ihmisruumiin impedanssin mittaus kuulostaa hurjalta. Kehoon syötetään pieni herätevirta ja mitataan sen aiheuttama jännite. Vuorela lohduttaa, että virrat ovat niin pieniä, ettei niitä voi havaita.

– Esimerkiksi Omronin kaupalliset rasvaprosenttimittarit mittaavat bioimpedanssia.

Tutkijat saavat mittaustaajuutta ja elektrodien paikkaa vaihtamalla monitoroitua kehon toimintaa eri tavoin.

– Ruumiin vesipitoisuus voidaan mitata esimerkiksi nilkasta ranteeseen, hengitystä mitataan yläkehon läpi vähän eri taajuusalueella.

Bioimpedanssi on mittauksista hankalin. Mittauspiiritkin on jouduttu askartelemaan itse, sillä valmiina niitä ei löydy.

– Lämpötilaa on helppo mitata, kiihtyvyyteen ja EKG:hen on valmiita antureita ja IC-piirejä.

Unelmana kestävyys ja pestävyys

Tutkijoiden tavoitteena on tehdä mittalaitteet täysin huomaamattomiksi. Sykemittarilla saattaa olla statusarvoa ranteessa, mutta harva haluaa viestiä sydänvaivoistaan.

– Tavoite on, etteivät älyvaatteet eroa mitenkään tavallisesta vaatteesta. Sen pitää olla kestävä ja pestävä.

Tähän on vielä matkaa. Elektroniikan pitää pienentyä, mutta pestävyys on vielä suurempi haaste. Pesukone ei ole elektroniikan ystävä. Vuorela esittelee parasta nykyosaamista: henkarissa on älyvaateryhmän desibelipaita, joka kertoo äänenpaineen rintaan neulotuilla leditolpalla.

– Kyllä tässäkin elektroniikan tuntee, vaikka se onkin joustavaa.

Eikö anturit kannattaisi jo kätkeä ihon alle?

Vuorela pohtii, voiko tästä vielä puhua, ja kaivaa esiin seuraavan projektinsa. Lehmän ihon alle tarkoitettu implantti mittaa eläimen elintoimintoja niin kauan kunnes akku tyhjenee. Muistikortille tallentuu gigatavuja tietoa Mansikin elämästä.

– Ihmisille tästä pitäisi tehdä aika paljon pienempi, koirille asennettavan mikrosirun kokoinen, hän pohtii.