In un prossimo futuro, per monitorare il nostro cuore, non saranno più necessari smartwatch o fasce pettorali, né tantomeno scomodi elettrodi. Ci basterà indossare una maglietta come quella realizzata da un team di ricercatori della Rice University di Houston, nel Texas, guidati dall’ingegnere chimico Matteo Pasquali (laureatosi a Bologna e, attualmente, docente presso la Rice University) o come quella ideata dall’Its “Tessile Abbigliamento Moda (TAM)” di Biella con il progetto “Cuore di Maglia“.
T-shirt, ovviamente, non solo per “problemi di cuore”, ma capaci di raccogliere tutte le nostre informazioni vitali grazie alla tecnologia 5G (come fa la “YouCare” di AccYouRate) e di tenerci sotto controllo (saturazione, respirazione, frequenza cardiaca) durante il periodo di quarantena del Covid-19 (come già fatto al Centro Cardiologico Monzino)
Indice degli argomenti
La ricerca e gli esperimenti della Rice University
Alla base dell’abbigliamento “intelligente” messo a punto dai ricercatori della Rice University c’è l’impiego di un filo di nanotubi conduttori cucito all’interno del tessuto di una normale t-shirt in modo da poter monitorare la frequenza cardiaca di chi la indossa ed eseguire un elettrocardiogramma continuo (ECG).
Secondo quanto affermato dai ricercatori, le fibre utilizzate sono conduttive quanto i fili metallici, ma sono lavabili, comode e molto meno soggette a rotture quando un corpo è in movimento. Unica indicazione: per funzionare correttamente, la maglietta deve essere aderente al petto. Durante gli esperimenti, la t-shirt ha effettuato una raccolta dati migliore rispetto a quella di un monitor standard con fascia toracica che ha eseguito misurazioni in contemporanea. E, anche quando abbinata a monitor per elettrodi medici, la maglietta con nanotubi di carbonio ha fornito ECG leggermente migliori.
Una “normale” maglietta permette di monitorare le funzioni cardiache mediante un filo di nanotubi conduttori cuciti all’interno del tessuto (fonte: Rice University)
Le fibre conduttive possono essere cucite a macchina nel tessuto, proprio come se si trattasse di un normale filo. Un motivo a punto zigzag consente al tessuto di allungarsi senza rompere il filo e le fibre di nanotubi, morbide e flessibili, permettono agli indumenti che le incorporano di essere lavati in lavatrice. Da sottolineare che le fibre non forniscono solo un contatto elettrico costante con la pelle di chi le indossa, ma possono anche essere usate come elettrodi per collegare dispositivi elettronici, come trasmettitori bluetooth per inviare i dati a uno smartphone o connettersi a un monitor.
Un intreccio di fibre di nanotubi di carbonio
Il team guidato da Matteo Pasquali ha realizzato la fibra di nanotubi di carbonio nel 2013. Da allora, le fibre, ciascuna contenente decine di miliardi di nanotubi, sono state studiate per essere utilizzate come bridge per ripristinare la conduttività in cuori danneggiati, come interfacce elettriche con il cervello, per l’uso in impianti cocleari e come antenne flessibili in applicazioni automobilistiche e aerospaziali. I filamenti di nanotubi originali, larghi circa 22 micron, erano troppo sottili per essere usati con una macchina per cucire, per cui è stato utilizzato un cordaio per creare un filo da cucire. Essenzialmente, si tratta di tre fasci di sette filamenti ciascuno, intrecciati in una dimensione approssimativamente equivalente al filo normale. Il laboratorio della Rice University utilizza un dispositivo personalizzato che intreccia fibre di nanotubi di carbonio in fili più grandi per cucire. Piccole modifiche alla geometria delle fibre e all’elettronica associata potrebbero eventualmente consentire agli indumenti di monitorare segnali vitali, l’intensità di certi tipi di sforzi o la frequenza respiratoria. Secondo i ricercatori, le fibre intrecciate nel tessuto possono essere utilizzate anche per incorporare antenne o LED.
La t-shirt intelligente del progetto “Cuore di Maglia”
Un gruppo di studentesse dell’Its Tessile Abbigliamento Moda di Biella è l’artefice del progetto Cuore di Maglia, una t-shirt “smart” realizzata con uno speciale tessuto conduttivo dotato di sensori capaci di rilevare parametri vitali (respiri e battiti cardiaci) e altri stimoli corporei e in grado di trasmettere le informazioni percepite a dispositivi ed applicativi elettronici.
Si tratta di un capo di abbigliamento che, integrando direttamente all’interno del tessuto i sensori necessari per rilevare i parametri vitali, permette di monitorare i soggetti (anziani, persone con patologie quali i disturbi del sonno ma anche – più semplicemente – chiunque pratichi attività fisica) in modo comodo e non invasivo.
Il vantaggio e l’utilità sociale di tale progetto, ovviamente, è – grazie ad una connessione ad hoc con i centri medici di controllo – riuscire a monitorare gli utenti e inviare alert in tempo reale sulle loro condizioni di salute, intervenendo tempestivamente qualora necessario.
Il progetto – guidato dalla coordinatrice Giovanna Calogero con la partecipazione della professoressa Ada Ferri – è stato sviluppato da un team tutto in rosa di sole studentesse: Andrea Dias Casagrande Vanti, Giulia Demonte, Nesma Abd El Aziz, Paula Arbach, Claudia Anelli e Martina Loss Robin.
Alla realizzazione di Cuore di Maglia hanno preso parte anche tre aziende, ognuna delle quali ha collaborato in aspetti specifici e tecnici del progetto: Astel (sviluppo software per l’elaborazione dati), Tessitura F.lli Ballesio (tessuto conduttivo) e Stamperia Alicese (fase di realizzazione del prototipo).
La collaborazione con il Laboratorio di Alta Tecnologia Tessile del Politecnico di Torino, invece, ha riguardato le prove di conducibilità del tessuto.
La t-shirt “antenna” che trasmette in 5G
Basato su una nuova tecnologia wearable, totalmente tessile, lavabile e facile da usare, YouCare è un progetto per il monitoraggio sanitario a distanza con connessione 5G.
Totalmente made in Italy, esso si concentra sull’utilizzo di dispositivi tessili innovativi come la t-shirt senza componenti metallici e con sensori polimerici “incastonati” nel tessuto. Essa consente la rilevazione di parametri bio-vitali quali un “vero” elettrocardiogramma, l’analisi dell’atto respiratorio, le componenti del sudore, lo sforzo muscolare e la temperatura corporea.
La maglietta – grazie agli impercettibili sensori presenti nel suo tessuto – è capace di raccogliere i parametri vitali di chi la indossa e – mediante una microantenna 5G, anch’essa integrata nel tessuto – trasmetterli a una centralina miniaturizzata che registra i dati, li converte in formato digitale e, infine, li invia – grazie alla connessione 5G – allo smartphone o smartwatch dell’utente oltreché a un’unità remota che ne analizza i valori con un software medico. Il tutto, avvalendosi dei vantaggi di prestazione e velocità tipici della connettività 5G.
La t-shirt intelligente che monitora il post-Covid
Il Centro Cardiologico Monzino ha attivato un nuovo servizio per monitorare a distanza la salute cardiorespiratoria dei pazienti dimessi dall’ospedale con polmonite da Covid-19. Le misurazioni avvengono attraverso una t-shirt intelligente. Si tratta di una tecnologia d’avanguardia che permette di controllare i principali parametri vitali tramite speciali sensori incorporati nel tessuto di una maglietta che il paziente può indossare quando è a casa.
“È una seconda pelle elettronica – spiega il Prof. Agostoni, direttore dell’U.O. Scompenso e Cardiologia Clinica del Monzino di Milano –, risultato di una tecnologia avanzatissima, messa a punto da L.I.F.E Italia, in grado di eseguire un monitoraggio cardiorespiratorio, senza elettrodi né cavi, grazie a particolari micro-trasduttori incorporati all’interno del tessuto stesso. Abbiamo finora utilizzato la maglietta per monitorare l’attività fisica diurna e le apnee del sonno. La registrazione dell’attività cardiorespiratoria ci ha permesso di evidenziare condizioni cliniche insospettate o di interpretare sintomi non chiari. Ci è sembrato, quindi, uno strumento perfetto per tenere sotto controllo i nostri pazienti che hanno sviluppato la polmonite da Sars-COv-2, senza obbligarli a tornare in ospedale. Oltre a essere un prezioso mezzo di raccolta dati scientifici”.
La maglietta hi-tech è in grado di registrare un elettrocardiogramma a 12 derivazioni (lo stesso che viene eseguito negli ambulatori) e misura frequenza cardiaca, saturazione arteriosa, meccanica e frequenza respiratoria (anche eventuali apnee).
I vantaggi del servizio si sono rivelati da subito molto significativi: la possibilità di monitorare il paziente da remoto senza necessità di accedere all’ospedale, se non una volta osservati parametri preoccupanti; una maggior sicurezza da parte del soggetto, che si sente monitorato da una tecnologia avanzata nella fase fisicamente e psicologicamente delicata del post-dimissione; un maggior automonitoraggio da parte del paziente, che è sensibilizzato alla necessità di riprendere gradualmente la sua vita quotidiana, almeno tra le mura domestiche; maggior sicurezza nella dimissione, lievemente più precoce, di pazienti stabili.
“La t-shirt, pur essendo un concentrato di altissima tecnologia, ha anche il vantaggio di essere un dispositivo indossabile molto semplice, user friendly, non invasivo e, quindi, gradito ai pazienti – conclude Agostoni. Per questo, vogliamo estendere il suo utilizzo. Sono allo studio soluzioni più semplificate della t-shirt e – a breve – ci sarà anche la possibilità di misurare la temperatura corporea, dato particolarmente significativo, com’è noto, per i pazienti che hanno contratto il Coronavirus».
Come funziona l’abbigliamento intelligente
In generale, l’abbigliamento intelligente (smart clothing) utilizza una varietà di sensori per raccogliere i dati biometrici e fisici di chi indossa i relativi capi. I dati generati dal sensore, tipicamente, vengono trasferiti alle app pertinenti su uno smartphone associato tramite bluetooth, dove sono resi disponibili per la visualizzazione da parte degli utenti.
L’abbigliamento intelligente può incorporare fibre tessili avanzate, microelettronica, biotecnologia e intelligenza artificiale. Questi tessuti intelligenti sono costituiti da tessuto tradizionale intrecciato con fibre conduttive ed elementi elettronici come sensori biomedici, microcontrollori, fibre ottiche e antenne indossabili.
Assieme al filo, in questi particolari tessuti, sono utilizzate fibre di metalli come argento, nichel, carbonio, rame, alluminio e acciaio inossidabile, che al tatto sembrano normali fili. Essi sono abbastanza piccoli da adattarsi a qualsiasi progetto e anche abbastanza “economici” da poter essere utilizzati senza problemi di costi eccessivi. A seconda di come sono tessute le fibre conduttive e dell’elettronica inclusa nello smart clothing, il tessuto presenta diversi gradi di resistenza e può essere lavato come un normale abbigliamento.
La durata è l’incognita su cui sta lavorando la maggior parte dei ricercatori e delle aziende ed è il passo più importante verso la commercializzazione di massa di smart clothing nell’ambito dell’assistenza sanitaria.
Una “seconda pelle” per il controllo della salute
Le t-shirt intelligenti messe a punto dal team di Matteo Pasquali, dall’Its di Biella, da AccYouRate e dal Centro Cardiologico Monzino sono solo alcuni dei più recenti esempi di smart clothing che consentono un’applicazione in ambito medico-sanitario. Già da alcuni anni, infatti, sono disponibili capi di abbigliamento i quali sono una sorta di “seconda pelle“, un’interfaccia che, a contatto con la pelle, permette di rilevare e di monitorare parametri clinici quali il battito cardiaco, la respirazione o la temperatura corporea.
In effetti, ogni indumento può essere reso smart attraverso l’inserimento di dispositivi IoT e/o o l’uso di tessuti che lo rendano sensibile ai parametri corporei. Il problema sta nel realizzare tali dispositivi o tessuti facendo in modo che l’indumento mantenga pressoché inalterate le sue caratteristiche.
Così, già alla fine degli anni ’60 si realizzavano capi di abbigliamento che si illuminavano in funzione di determinati segnali che potevano arrivare dall’epidermide. Nel tempo, con una certa periodicità, sono stati proposti capi di tendenza che sfruttavano l’interazione con la pelle per creare effetti (come, per esempio, accendere led per comunicare le proprie emozioni) o fornire funzioni di varia natura (come ricaricare uno smartphone, sfruttando l’induzione magnetica – mettendolo semplicemente in tasca).
Smart clothing per salute e benessere: un business concreto
È stato, però, il mondo del fitness a fornire, nel 2015, i primi esempi di smart clothing in grado di misurare parametri come frequenza e variabilità cardiaca, respirazione, intensità del movimento, energia prodotta, passi e calorie bruciate. Questi dati erano poi elaborati da app su smartphone.
Dello stesso periodo sono anche i calzini intelligenti lavabili in lavatrice. Da questi hanno preso spunto i Siren Socks, calzini che tengono sotto controllo la temperatura dei piedi per rilevare l’insorgere di infiammazioni e comunicarle via app. Pensati per i pazienti diabetici, hanno una batteria che dura almeno sei mesi.
Del 2020 è, invece, la disponibilità della Sleep & Lounge Collection, una linea di pigiami intelligenti prodotta dalla società Xenoma. Essi consentono di monitorare i parametri vitali di chi li indossa mentre dorme e di attivare un avviso in caso di cadute. Come si può intuire, si tratta di indumenti pensati per persone avanti negli anni o con particolari problemi che necessitano di un monitoraggio continuo mentre sono a letto e durante il sonno. La linea smart clothing di Xenoma comprende anche una t-shirt per la tracciatura dell’elettrocardiogramma, calzoni per studiare la biomeccanica del movimento delle gambe, scarpe per analizzare la camminata e la postura e una maglia per la stimolazione della muscolatura del tronco.
Esempi, quelli appena visti, che suggeriscono come lo smart clothing oggi non sia più sinonimo di qualche sporadico prodotto innovativo ma, piuttosto, una concreta opportunità di business.
Driver e prospettive di mercato per lo smart clothing
Con il continuo aumento di malattie croniche (diabete, patologie cardiache e respiratorie, tumori), la popolazione che vive sempre più a lungo e un aumento del numero di interventi chirurgici eseguiti in mercati sanitari chiave come come l’Europa e gli Stati Uniti, aumentano parallelamente gli sviluppi dello smart clothing per la tecnologia medica e la necessità di tessuti medicali intelligenti che sappiano integrare le tecnologie elettroniche più innovative.
Secondo Emergen Research, il mercato globale dei tessuti medicali intelligenti è stato di 352,7 milioni di dollari nel 2019 (con il segmento ospedaliero che ha rappresentato la più grande quota di fatturato, il 54,5%) e si prevede raggiungerà i 2.177,6 milioni di dollari nel 2027, registrando un CAGR del 25,6%.
Si stima che i ricavi di settore aumenteranno sempre più trainati dalla necessità crescente di monitoraggio remoto dei pazienti.
