L’évolution de la technologie, nonobstant ses apports, peut enfreindre certains de nos droits fondamentaux puisqu’elle se développe plus rapidement que ces derniers. Ce mémoire vise à relever les défis que les technologies intelligentes peuvent poser tant sur la santé des communautés que sur les droits fondamentaux. La thèse porte sur les contraintes juridiques, présentes et à venir, notamment sur le droit à la vie privée à travers le développement et l’usage des technologies intelligentes qui captent notre information personnelle en lien avec la santé. Plus précisément, ce travail analyse si les bénéfices de l’accès à notre information à travers les technologies intelligentes en vue d’améliorer la santé et la sécurité des populations surpassent les conséquences juridiques. Ce travail explore, entre autres, le potentiel des technologies intelligentes, leurs avantages individuels et collectifs, notamment en matière de santé publique, et les violations des droits de l’Homme que leur usage peut générer. Mais encore, il présente des innovations technologiques qui permettent d’améliorer les systèmes de santé étatiques afin d’être en mesure de mieux réagir aux futures épidémies, notamment au niveau international, comme à l’OMS. Ces données, suivies des autres complications possibles du fait d’un usage accru des technologies intelligentes qui restreignent notre vie privée, permettront de conclure si une telle intrusion peut être justifiée dans une société libre et démocratique. Finalement, ce travail regarde les limites de l’acceptabilité sociale de l’intrusion dans la vie privée en échange à de meilleures conditions de santé afin que les organes étatiques et supraétatiques puissent prendre des décisions éclairées, sans que les droits constitutionnels soient violés. Ce travail permettra de comprendre les enjeux que notre système judiciaire inévitablement devra surmonter en proposant des stratégies visant la prévention des maladies et autres problèmes de santé à travers l’usage des technologies intelligentes. Une des solutions principales proposées est la création de bases de données nationale et internationale à l’OMS qui captent les données des appareils intelligents portables. / The evolution of technology, notwithstanding its benefits, can negatively impact some of our fundamental rights as it develops faster than the latter. Indeed, this thesis aims to meet challenges generated by smart technologies and the impact they can have on the health of communities as well as on our fundamental rights. This thesis focuses on the legal constraints, present and to come, including the right to privacy, through the development and use of smart technologies that seize our personal health information. More specifically, this work seeks to analyze whether the benefits of accessing our information through smart technologies to improve the health and safety of populations outweigh the legal consequences. This work explores the potential of smart technologies, the interest in using them individually and collectively, especially in the public health sector, and the human rights violations their use can generate. Moreover, it looks at technological innovations that help improve State health systems to be able to better respond to future epidemics, particularly at the international level, such as at the WHO. These data, followed by other possible complications due to the increased use of intelligent technologies that restrict our privacy, will allow us to conclude whether such an intrusion in our right to privacy can be justified in a free and democratic society. Finally, this work examines the limits of the social acceptability of the invasion of privacy in exchange for better health conditions so that States and supra-State bodies can make informed decisions, without violating constitutional rights. This work will help us understand the issues that our judicial system will inevitably face while proposing strategies for the prevention of diseases and other health problems through the use of smart technologies. One of the main proposed solutions is the creation of a national and international database at the WHO generated by the data of smart health devices.

Previous studies have used accelerometers with various operating ranges (ORs) when measuring biomechanical parameters. However, it is still unclear whether ORs influence the accuracy of running parameters, and whether the different stiffnesses of footwear midsoles influence this accuracy. The purpose of the present study was to systematically investigate the influence of OR on the accuracy of stride length, running velocity, and on peak tibial acceleration. Twenty-one recreational heel strike runners ran on a 15-m indoor track at self-selected running speeds in three footwear conditions (low to high midsole stiffness). Runners were equipped with an inertial measurement unit (IMU) affixed to the heel cup of the right shoe and with a uniaxial accelerometer at the right tibia. Accelerometers (at the tibia and included in the IMU) with a high OR of ±70 g were used as the reference and the data were cut at ±32, ±16, and at ±8 g in post-processing, before calculating parameters. The results show that the OR influenced the outcomes of all investigated parameters, which were not influenced by tested footwear conditions. The lower ORs were associated with an underestimation error for all biomechanical parameters, which increased noticeably with a decreasing OR. It can be concluded that accelerometers with a minimum OR of ±32 g should be used to avoid inaccurate measurements.

Med en ökad användning av digitala enheter i samhället ser vi också att fler drabbas av hållningsrelaterade hälsobekymmer. Ungdomar är särskilt drabbade även om de i många fall är omedvetna om det, men knappt ingen forskning fokuserar på den här målgruppen och deras behov. Den forskning som tagits fram är inte heller överens hur man på bästa sätt löser problematiken med hållning. Syftet med studien är därför att göra ungdomar mer medvetna om sin kroppshållning samt ta reda på hur digital design på bästa sätt kan motivera ungdomar att förbättra sin kroppshållning. För att ta reda på detta ställdes följande fråga: ”Hur kan en digital designlösning utformas för att skapa medvetenhet kring ungdomars kroppshållning, samt hjälpa att förbättra deras kroppshållning på ett underhållande och icke störande sätt?”. Studien genomfördes med metoden Konceptdriven Designforskning som inkluderar skapandet av en konceptuell prototyp förankrad i tidigare forskning. Prototypen består av en bärbar sensor som mäter hållning och en applikation i form av ett spel där användaren kan se sin hållning i realtid samt aktivt träna sin hållning. Prototypen värderades sedan genom en digital enkätundersökning. I resultatet framgick att designlösningen kunde tänkas användas av deltagarna, samt hjälpa att förbättra deras hållning eftersom den gjorde användaren mer medveten om sin kroppshållning. Många deltagare trodde att spelet kunde bidra med motivation och göra hållningsträningen mer underhållande men att fler spel-funktioner krävs för att behålla användarens intresse under en längre tid. Deltagarna ansåg att konceptet i sin helhet inte var störande men att mer tydlig feedback krävs för att indikera bra/dålig hållning. Utifrån detta resultat kan slutsatsen dras att konceptet i teorin kan skapa medvetenhet kring ungdomars kroppshållning och hjälpa de att träna den på ett underhållande sätt som inte är störande, men att mer studier och designarbete krävs för att komma fram till det bästa sättet att ge användaren feedback om sin hållning samt göra konceptet mer attraktivt att använda ur ett långsiktigt perspektiv. / With the increased use of digital devices in society, we can see that more people are affected by posture related health issues. Adolescents are especially affected although in many cases they are unaware of it, but hardly any research focuses on this group and their needs. The research that has been done also does not agree on how to best solve the problem with posture. The purpose of this study is therefore to make young people more aware of their posture and to find out how digital design can be used in the best way to motivate young people to improve their posture. To find this out, the following question was formed: “How can a digital design solution be formed to create awareness about young people's posture and help improve their posture in an entertaining and non-disturbing way”. The study was carried out with the method Concept driven design research which includes the creation of a conceptual prototype grounded in previous research. The prototype consists of a portable sensor that measures posture and an application in the form of a game where the user can see their posture in real time and actively train their posture. The prototype was then evaluated through a digital survey. The results showed that the participants could consider using the design solution and that it helped to improve their posture as it made the user more aware of their posture. Many participants thought that the game could contribute with motivation and make posture training more entertaining, but that more gaming features are required to keep the user's interest for a longer period. The participants felt that the concept as a whole was not disruptive, but that more clear feedback is required to indicate good/bad posture. Based on this result, it can be concluded that the concept in theory can create awareness of young people's posture and help them to exercise it in an entertaining way that is not disturbing, but that further studies and design work is needed to come up with the best way to give the user feedback on their posture and to make the concept more attractive to use from a long-term perspective.

The work presented in this paper aims at developing a hydraulic actuation system for an ankle exoskeleton that is able to deliver a peak power of 250 W, with a maximum torque of 90 N.m and maximum speed of 320 deg/s. After justifying the choice of a servo hydraulic actuator (SHA) over an electro hydrostatic actuator (EHA) for the targeted application, some test results of a first functional prototype are presented. The closed-loop unloaded displacement frequency response of the prototype shows a bandwidth ranging from 5 Hz to 8 Hz for displacement amplitudes between +/-5mm and +/- 20mm, thus demonstrating adequate dynamic performance for normal walking speed. Then, a detailed design is proposed as a combination of commercially available components (in particular a miniature servo valve and a membrane accumulator) and a custom aluminium manifold that incorporates the hydraulic cylinder. The actuator design achieves a total weight of 1.0 kg worn at the ankle.

Forskning visar att det är vanligt med hjärtstopp utanför sjukhusen och att de oftast har en dödlig utgång om de inte får vård snarast. Många hjärtstopp sker i privata miljöer där det inte finns någon hjärtstartare, en familjemedlem eller utomstående som kan hjälpa till. Syftet med denna studie är att ta reda på hur ett distansövervakningssystem med ett användargränssnitt via en app kan utformas för att realtidsdiagnostisera hjärt-och kärlsjuka patienter utanför sjukhuset och påskynda utryckning vid hjärtstillestånd. Studien har utgått ifrån konceptdriven designforskning med en kvalitativ ansats och intervjuer med både öppna och stängda frågor. Individerna som har intervjuats är kardiologer som jobbar på den kardiologiska avdelningen på Länssjukhuset Ryhov i Jönköping. Den valda metoden har kombinerats med en litteratursökning inom sjukvårdsteknik och UX/UI-design. Studien resulterar i ett förslag på ett användargränssnitt, via en app, som erbjuder hälsoöversikt och realtidsdiagnostisering. Med hjälp av denna statistik kan algoritmer meddela användaren i appen om deras värden är normala eller onormala. Algoritmerna kan också varna användaren via notiser vid allvarliga hälsoförändringar när användaren behöver akut vård. Appen erbjuder också platslokalisering och att SOS-alarm kan direktlarmas vid de allvarliga hälsoförändringarna. Utryckning kan då påskyndas genom att SOS-alarm skickar en ambulans till platsen som patienten befinner sig på omgående. / Research shows that cardiac arrest is common outside hospitals and that they usually have a fatal outcome if they do not receive care as soon as possible. Many cardiac arrests occur in private settings where there is no pacemaker, family member or outsider who can help. The purpose of this study is to find out how a remote monitoring system with a user interface through an app can be designed to real-time diagnose patients with cardiovascular disease outside the hospital and accelerate emergency response. The study has been based on concept-driven design research with a qualitative approach and interviews with both open and closed questions. The individuals who have been interviewed are cardiologists who work in the cardiology department at Ryhov County Hospital in Jönköping. The chosen method has been combined with a literature search in healthcare technology and UX / UI design. The study results in a proposal for a user interface, through an app, which offers health overview and real-time diagnosis. Using these statistics, algorithms can notify the user in the app if their values are normal or abnormal. The algorithms can also warn the user through notifications in the event of serious health changes when the user needs urgent care. The app also offers site location and that SOS-alarm can be alerted directly in the event of serious health changes. Emergency response can then be accelerated by SOS-alarm sending an ambulance to the place where the patient is located immediately.

Home-based exercise is a popular physical activity of maintaining fitness, health andwellness in general. However, without proper supervision and basic knowledge of theexercises in the workout plan, there is an increased risk of injury. Considering that noteveryone is willing to attend crowded gyms or schedule professional personal trainingsessions, in this study, a novel feedback system is proposed, in the form of a mobileapplication. Accelerometer and gyroscope data were collected from 10 volunteersperforming 3 exercises, squats, lunges and bridges, with inertial sensors attachedto their back lumbar region, on both shanks and on both thighs. Each participantperformed 5 repetitions of the correct technique and 5 repetitions of 4 mistakes foreach exercise. The accuracies of 3 classifiers, a SVM, a RF and DT were comparedwith the SVM performing the best across all 3 exercises. The best location and numberof sensors was determined by examining the accuracy of a SVM model for 15 uniquemulti-sensor configurations. The best performing setup, being the configuration with 2sensors, one at the lumbar area and one at the shank, was used in exploring the efficacyof different data processing techniques. Time-domain statistical features, sensor angletimeseries and the filtered signal timeseries were evaluated as input to a NN. The timedomainfeatures performed the best achieving the highest accuracy in all 3 exercises,with an accuracy of 67% for the squats, 87% for the lunges and 75% for the hip bridges.Overall, the final model demonstrated promising capabilities of classifying exercisetechnique of basic lower-body exercises, with a real-time feedback implementationbeing a feasible solution for self-efficient fitness. / Hemmaträning är en populär typ av fysisk aktivitet för att upprätthålla kondition,hälsa och välbefinnande. Dock utan övervakning och basal kunskap om hur olikaövningar bör utföras så finns det en ökad risk för skador. Alla människor går intefrivilligt till trånga och fullsatta gym eller bokar in pass med personlig tränare. Därförföreslås i denna studie ett nytt återkopplingssytem vid träning som kan användas via enmobilapp. Data från en accelerometer och ett gyroskop har samlats in från tio frivilligapersoner. De har utfört tre olika styrkeövningar; knäböj, utfallssteg och höftlyft medtröghetssensorer placerade på deras ländrygg, på underbenen och på låren. Varjedeltagare utförde fem repetitioner med korrekt teknik och sedan fem repetitionermed fyra olika typer av felaktig teknik för varje styrkeövning. Noggrannheten förtre klassificerare, SVM, RF och DT jämfördes sedan med det SVM som presteradebäst i alla tre styrkeövningarna. Det optimala antalet sensorer tillsammans med bästplacering av dessa räknades ut genom att undersöka en SVM modell med 15 unikamultisensorkonfigurationer. Det visade sig att kombinationen med två sensorer, envid ländryggen och en på underbenet var den bästa och därför användes den föratt undersöka effektiviteten av olika databehandlingstekniker. Tidsdomänsstatistiskafunktioner, sensorvinkeltidsserier och filtrerade signaltidsserier utvärderades sominmatning till ett NN. Tidsdomänsfunktionerna presterade bäst och uppnådde högstnoggrannhet i alla tre övningarna. Detta med ett korrekt utfall av 67% för knöböj,87% för utfallsteg och 75% för höftlyft. Sammantaget visade den slutliga modellenen lovande förmåga att klassificera träningsteknik för basala styrkeövningar för nedredelen av kroppen. Samtidigt som användaren får feedback i realtid vilket gör detmöjligt att utföra effektiv träning själv hemma.

<p>The recent advances in flexible piezoelectric technologies have sparked a great interest in developing multifunctional next-generation transducers and actuators that are increasingly becoming high demand for a range of challenging applications, including self-powered structural and personal health monitoring systems to flexible loudspeaker devices. </p><p>In this research, novel <i>quasi </i>1–3 piezoelectric nanocomposites are introduced with record-high piezoelectric voltage coefficients (g₃₃), reaching up to 0.709 Vm N⁻¹ (approximately 20 percent greater than the recently reported highest g₃₃ value in the literature). These materials are produced via dielectrophoretic process where both piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) nanoparticles and graphene nanoplatelets (GNPs) are simultaneously aligned in a silicone-based polymer matrix (polydimethylsiloxane—PDMS) at a range of concentrations up to 13 vol%, leading to densely structured cone-shaped "nanocolumn forests" in the thickness direction. It is shown that the electric field induced alignment of particles not only improves the overall piezoelectric properties of the composite at relatively low filler concentrations, but also increases the transparency of the system by enabling the light to travel with little scattering or absorption in the “Z” direction through the particle depleted zones created between micro- and nano-sized columns. The details of these unique column morphologies are investigated by various off-line and on-line characterization techniques such as microcomputed tomography—microCT and real-time light transmission measurements to better understand the effect of both material (i.e., concentration) and process-based parameters (e.g., electric field, frequency) on pearl-chain formation. </p><p>To show its versatility and high-performance, the applications comprising both direct (e.g., force sensing, energy harvesting, structural and personal health monitoring) and inverse (e.g., loudspeaker) piezoelectric effect are also demonstrated and extensively characterized. </p><p>Additionally, to demonstrate the scalability of the process, large-area samples are also produced via the continuous dielectrophoretic process (utilizing a novel 44 ft long custom designed multifunctional roll-to-roll (R2R) manufacturing line), resulting in the largest single piece piezoelectric films ever reported in the literature. </p>

This thesis, written by Ingrid Öberg Månsson at KTH Royal Institute of Technology and entitled “Electroanalytical devices with fluidic control using textile materials and methods”, presents experimental studies on the development of textile based electronic devices and biosensors. One of the reasons why this is of interest is the growing demand for integrated smart products for wearable health monitoring or energy harvesting. To enable such products, new interdisciplinary fields arise combining traditional textile technology and electronics. Textile based devices have garnered much interest in recent years due to their innate ability to incorporate function directly into, for example, clothing or bandages by textile processes such as weaving, knitting or stitching. However, many modifications of yarns required for such applications are not available on an industrial scale. The major objective of this work has been to study how to achieve the performance necessary to create electronic textile devices by either coating yarns with conductive material or using commercially available conductive yarns that are functionalized to create sensing elements. Further, liquid transport within textile materials has been studied to be able to control the contact area between electrolyte and electrodes in electrochemical devices such as sensors and transistors. Yarns with specially designed cross-sections, traditionally used in sportswear to wick sweat away from the body and enhance evaporation, was used to transport electrolyte liquids to come in contact with yarn electrodes. The defined area of the junction where the fluidic yarn meets the conductive yarn was shown to increase stability of the measurements and the reproducibility between devices. The results presented in the two publications of this thesis as well as additional results presented in the thesis itself show the promising potential of using textile materials to integrate electronic and electrochemical functionality in our everyday life. This is shown by using basic textile materials and processing techniques to fabricate complex devices for various application areas such as sensors and diagnostics as well as electrical and energy harvesting components. / Denna avhandling, skriven av Ingrid Öberg Månsson vid Kungliga Tekniska Högskolan och titulerad ”Elektroanalytiska sensorer med vätskekontroll integrerad genom användande av textila material och metoder”, presenterar experimentella studier inom utvecklingen av textilbaserade elektroniska komponenter och biosensorer. Detta är av intresse på grund av den ökade efterfrågan på integrerade smarta produkter som till exempel bärbara sensorer för hälsoövervakning eller för att samla upp och konvertera energi till elektricitet. För att möjliggöra denna typ av produkter föds nya interdisciplinära fält där traditionell textilteknologi och elektronik möts. Textilbaserade enheter har väckt stort intresse under de senaste åren på grund av den naturliga förmågan att integrera funktion i till exempel kläder eller förband genom textila tillverkningsprocesser som väveri, stickning eller sömnad. Många modifikationer hos garner som krävs för att möjliggöra sådana tillämpningar är dock inte tillgängliga i större skala. Därför har det huvudsakliga syftet med denna studie varit att undersöka hur man kan uppnå den prestanda som krävs för att tillverka elektroniska textila komponenter, antingen genom att belägga garner med elektroniskt ledande material eller genom att använda kommersiellt tillgängliga ledande garner som sedan modifieras kemiskt för att skapa sensorer. Utöver detta har vätsketransport inom textila material studerats för att kunna styra och kontrollera kontaktytan mellan elektrolyt och elektroder i elektrokemiska enheter så som sensorer och transistorer. Garner med speciella tvärsnitt, som traditionellt använts i sportkläder för att transportera svett bort från kroppen och underlätta avdunstning, har använts för att transportera elektrolytvätska till elektroder av garn. Den definierade kontaktytan där det vätsketransporterade garnet korsar elektrodgarnet har visats öka stabiliteten av mätningen och reproducerbarheten mellan mätenheter. Resultaten som presenteras i de två artiklar som denna avhandling bygger på samt i avhandlingen själv visar på lovande potential för användandet av textila material för att integrera elektronisk och elektrokemisk funktionalitet i våra vardagsliv. Detta har uppnåtts genom att använda grundläggande textila material och tillverkningsprocesser för att tillverka komplexa enheter för olika tillämpningsområden så som sensorer för diagnostik samt elektroniska komponenter. / <p>QC 2020-08-21</p>

Lactate is an important biomarker in sports and the lactate threshold concept is one of the best indicators of endurance performance in an athlete. However, to quantify the lactate threshold, an invasive method to take a blood sample must be used. Limitations for this method include stopping the active exercise for blood sampling and no real-time feedback. Instead, a novel non-invasive wearable biosensor can be used to measure the lactate concentration in sweat. The sensor generates an electrical current depending on the lactate concentration in the sweat, and therefore must an electronic device called a potentiostat be used to condition the current. However, available potentiostats are not suitable for use in sports where form factor, battery life and wireless connectivity is important. This thesis aims to solve this by developing a wearable device and software which can be used to measure the lactate concentration in sweat in real-time during exercise. The development process consisted of the determination of specifications, prototype development and thorough laboratory and on-body testing. Finally, a novel wearable device and software capable of real-time lactate measurements in sweat during exercise were presented. The device, called LactateStat, was 58mm ∗ 55mm ∗ 13mm, the current consumption was only 7.8mA, the current measurement resolution was 0.5 nA, the limit of detection was 0.45 nA and the current measurement range was around 750 μA. LactateStat is one of the first of its kind and provides a base for future development as the hardware, firmware and software resources are provided as open-source. / Laktat är en viktig biomarkör inom idrott och konceptet laktattröskel är en av de bästa indikatorerna för uthållighet hos en idrottsutövare. Men för att mäta laktattröskeln krävs en invasiv metod som går ut på att man tar ett blodprov. Begränsningarna med denna metod är bland annat att idrottsutövningen måste stoppas för att ta ett blodprov och att man inte får realtidsåterkoppling. I stället kan en liten och icke-invasiv bärbar biosensor användas för att mäta laktatkoncentrationen i svett. Sensorn genererar en elektrisk ström beroende på laktatkoncentrationen i svetten och en enhet som kallas potentiostat måste därför användas för att mäta denna ström. Tillgängliga potentiostater är dock inte lämpliga för användning inom sport där formfaktor, batteritid och trådlös kommunikation är viktigt. Denna avhandling har som syfte att lösa detta genom att utveckla en bärbar enhet och mjukvara som kan användas för att mäta laktatkoncentrationen i svett i realtid under träning. Utvecklingsprocessen bestod av bestämning av specifikationer, framtagning av en prototyp och noggrann laboratorie- och kroppstestning. Som resultat presenterades en banbrytande bärbar enhet och mjukvara som kan mäta laktat i realtid i svett under träning. Enheten, som kallades LactateStat, var 58mm * 55mm * 13mm, den aktiva strömförbrukningen var 7.8mA, den bästa mätupplösningen för ström var 0.5 nA, detektionsgränsen var 0.45 nA och det maximala mätområdet för ström var ca. 750 μA. LactateStat är en av de första i sitt slag och ger en bas för framtida utvecklingsarbete eftersom hårdvaru-, programvaru- och mjukvaruresurserna tillhandahålls som öppen källkod.

A comprehensive background is herein presented for lumbar skin strain and its effect on skin adhered wearable (SAW) products. A background of the development of computational models of the interaction of skin and novel SAWs being researched is also presented. These include products involving the use of high deflection strain gauges to measure skin strain during functional movements (FMs) as a method to address the complicated phenotyping of the etiological causes of low back pain (LBP). The background concludes with the mathematical calculation of the principal skin strain magnitudes and orientations using retroreflective marker coordinate data in a motion capture lab setting and the potential role of principal skin strain on the post-operative management of wounds to accelerate healing and minimize infection and scarring. The mechanics response of lumbar skin among 30 participants was measured during various FMs, for which high strain movements (Flexion, Flexion right/left, Sit To Stand) exhibited principal strain magnitudes repeatedly above 50% while others (Rotation right/left, Lateral Bending right/left, Extension, and Extension right/left) exhibited magnitudes repeatedly below 50%. Principal strain orientation was presented in easily visualizable mappings that demonstrated minimal variability both within and between participants for a given FM. Principal strain rates were measured, ranging between 25% and 151% per second among movements. The mechanics response of lumbar skin was again measured for a single participant, albeit this time between bare skin and skin with a SAW; which in this example was kinesiology tape with a high deflection nanocomposite strain gauge. Results indicated very significant skin restriction during Flexion, for which a macroscopic skin strain of 65% was reduced to 22% because of the KT tape and additionally down to 13% because of the addition of the sensor (on top of the KT tape). A FEM was created based off this scenario, for which it was shown that the mechanical properties of skin in vitro are insufficient in representing the mechanical response of skin due to its stiffness. This was hypothesized to be due to the increased hydration (lower stiffness) of in vivo skin, for which high deformation stiffness in the literature is not available. The thesis is concluded with future research directions that would benefit the design of SAWs where high deformation is considered. Future research directions are also discussed regarding post-operative wound healing and the potential role of repeated skin strains, such as concerning scarring and infection.