นักวิจัยจาก Michigan State University สร้างแผ่นเซ็นเซอร์ตรวจวัดแรงกระแทก ออกแบบมาเพื่อแปะไว้บริเวณส่วนคอของนักกีฬา ใช้สำหรับช่วยประเมินความรุนแรงของแรงกระแทกที่ทำต่อศีรษะของนักกีฬาผู้ติดเซ็นเซอร์

ในบางครั้งการได้รับแรงกระแทกกระทำต่อศีรษะในระหว่างการเล่นกีฬาอาจสร้างความเสียหายหรือส่งผลต่อการทำงานของสมองของนักกีฬาได้โดยที่เจ้าตัวเองอาจไม่รับรู้ถึงความผิดปกติ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่มาของความพยายามพัฒนาระบบช่วยตรวจสอบเรื่องดังกล่าวเพื่อปกป้องนักกีฬาจากความเสี่ยงที่จะบาดเจ็บซึ่งเจ้าตัวอาจไม่ทันรู้ตัวด้วยซ้ำ ซึ่งอเมริกันฟุตบอลก็เป็นหนึ่งในกีฬาที่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการกระทบกระแทกส่วนศีรษะระหว่างผู้เล่นด้วยกันมากที่สุด

ที่ผ่านมาเคยมีการสร้างเซ็นเซอร์ติดหมวกนิรภัยเพื่อตรวจจับแรงกระแทกที่อาจส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บต่อสมองของนักกีฬาอเมริกันฟุตบอล อย่างไรก็ตามเซ็นเซอร์ดังกล่าวยังไม่สมบูรณ์นัก เนื่องจากบางครั้งก็ส่งสัญญาณแจ้งเตือนทั้งที่ไม่ได้มีการกระแทกรุนแรงต่อตัวนักกีฬาเกิดขึ้นจริง ในขณะที่บางครั้งเมื่อนักกีฬาได้รับการกระทบกระเทือนศีรษะแต่เซ็นเซอร์ก็กลับไม่แจ้งเตือน ทั้งนี้เป็นเพราะเซ็นเซอร์ในหมวกนั้นเน้นการตรวจจับการเคลื่อนที่หรือการโดนกระแทกที่หมวก ซึ่งในบางครั้งหากหมวกเลื่อนไถลออกจากศีรษะของผู้ใส่ก็อาจเกิดการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดได้

นักวิจัยของ Michigan State University จึงพยายามพัฒนาเซ็นเซอร์ด้วยแนวทางใหม่ที่เน้นไปที่การติดเข้ากับร่างกายนักกีฬาโดยตรง โดยสังเกตว่าเมื่อนักกีฬาได้รับแรงกระแทกที่ศีรษะ ส่วนศีรษะของนักกีฬาผู้นั้นจะสะบัดอย่างรวดเร็วซึ่งนั่นย่อมมีแรงกระทำส่งต่อไปถึงส่วนคอของนักกีฬา จึงเกิดเป็นไอเดียในการพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับการแรงกระแทกที่เกิดต่อศีรษะแต่นำไปติดไว้บริเวณลำคอของนักกีฬาแทน

การทดสอบเซ็นเซอร์โดยติดไว้ตรงส่วนที่จำลองโครงสร้างลำคอของมนุษย์

สาเหตุหนึ่งที่นักวิจัยเลือกพัฒนาเซ็นเซอร์ไปติดไว้บริเวณคอของนักกีฬาเพราะพวกเขาพัฒนาเซ็นเซอร์ด้วยวัสดุเพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric material) ซึ่งหมายถึงวัสดุที่สามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าได้จากการเปลี่ยนแปลงของความเค้นหรือความเครียดในเนื้อวัสดุ เมื่อศีรษะของนักกีฬาสะบัดตามแรงกระแทกจะทำให้ผิวหนังส่วนลำคอของนักกีฬาเกิดการยืดหรือหด (ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงกระแทกและตำแหน่งซึ่งติดเซ็นเซอร์เอาไว้) ซึ่งนั่นจะทำให้วัสดุที่ใช้ทำแผ่นเซ็นเซอร์สามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าได้สัมพันธ์กับแรงกระทำต่อศีรษะของนักกีฬาที่ติดเซ็นเซอร์ไว้ โดยแผ่นเซ็นเซอร์ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นนี้มีขนาดใกล้เคียงกับพลาสเตอร์ปิดแผลและมีความหนาเพียง 0.1 มิลลิเมตร

หน้าตาของแผ่นเซ็นเซอร์ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้น

นักวิจัยได้ทำการทดสอบแผ่นเซ็นเซอร์โดยการนำเอาหุ่นจำลองศีรษะนักกีฬามาทดสอบทิ้งในแนวตั้งในระยะ 2 ฟุต แล้วติดแผ่นเซ็นเซอร์ไว้ตรงตำแหน่งที่เป็นคอของหุ่น แล้วติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่งในด้านในส่วนศีรษะของตัวหุ่นเพื่อเก็บข้อมูลเปรียบเทียบกัน พวกเขาพบว่าสัญญาณที่เซ็นเซอร์จากส่วนคอวัดได้กับอัตราเร่งที่วัดได้จากเซ็นเซอร์ในศีระของหุ่นนั้นสอดคล้องกัน โดยตัวแผ่นเซ็นเซอร์ติดคอนั้นสามารถตรวจจับแรงกระแทกได้โดยไม่ผิดพลาด

ข้อมูลเปรียบเทียบสัญญาณจากเซ็นเซอร์ติดคอ (กราฟสีส้ม) เปรียบเทียบกับสัญญาณจากเซ็นเซอร์วัดอัตราเร่ง (กราฟสีฟ้า) โดยแถวบนเป็นการทดสอบเมื่อติดเซ็นเซอร์บริเวณหลังคอ และแถวล่างคือการทดสอบโดยติดไว้ด้านหน้าลำคอ

อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์นี้ยังไม่สามารถนำไปใช้งานได้จริงในตอนนี้ โดยโจทย์สำคัญขั้นต่อไปคือการพัฒนาเซ็นเซอร์ให้สามารถส่งข้อมูลไปยังระบบบันทึกและตรวจจับได้ด้วยการเชื่อมต่อแบบไร้สาย

ผู้ที่สนใจสามารถอ่านรายละเอียดของงานวิจัยเซ็นเซอร์นี้เพิ่มเติมได้ที่นี่

ที่มา - New Atlas