Hartslagmeters in het zwembad

“Vier keer 100 meter op 60% waarvan iedere 4^e baan op 80%” – zomaar een opdracht die je vaak tegen zult komen bij een zwemtraining. De meeste mensen vertalen dit naar drie banen rustig zwemmen, gevolgd door één baan een stuk sneller. Maar of je hartslag dan echt op 60% of 80% van je maximum zit, dat is niet zo duidelijk.

Veel amateursporters hebben tegenwoordig hartslagmeters, zeker hardlopers, fietsers en sportschoolbezoekers, waarmee ze makkelijk kunnen bijhouden hoe “hard” ze trainen. Echt nodig is het natuurlijk niet, maar het is wel leuk om te doen. De meeste hartslagmeters zijn ook wel waterdicht, dus je zou er prima mee kunnen zwemmen. Maar iedereen die dat wel eens geprobeerd heeft, weet dat het lastig is om tegelijkertijd te zwemmen en op je pols te kijken. Daarnaast zit de band met de meter nogal in de weg op je borst, zeker bij mannen. Kortom: je ziet zelden iemand met een hartslagmeter in het zwembad.

Voor de meeste amateurzwemmers is dit geen probleem, maar professionele zwemmers hebben er zeker baat bij om hun hartslag wat nauwkeuriger te kunnen monitoren tijdens trainingen. Zo ook Hind Hobeika, een Libanese zwemster, die zich afvroeg waarom ze op hartslagpercentages moest trainen zonder dat ze ergens kon aflezen wat haar hartslag was. De studente werktuigbouwkunde van de Universiteit in Beirut ontwierp dus maar zélf een apparaatje waarmee ze haar hartslag kon monitoren, die ze de ButterflEYEs noemde.

De hartslagmeter (bron: WiredUK)

De ButterflEYEs meten de hartslag via de slapen naast de ogen, hier loopt een groot bloedvat dat je ook zelf kunt voelen kloppen. Hiervoor maakte ze een klein apparaatje dat over elke zwembril heen past. Zo hoeft de zwemmer geen armband, borstband of apparaatje aan het oor te dragen. Om te kunnen zien wát je hartslag dan precies is, zendt het apparaatje licht uit in een bepaalde kleur: groen voor de goede hartslag, geel als de hartslag te laag is, rood als de hartslag te hoog is. Geen exacte harstlag dus, maar na het instellen van de juiste waarden heel handig om mee te trainen.

Het project heeft succes gehad, in 2011 de studenten een prijs in een Libanees TV-programma voor uitvinders, waardoor ze haar ideeën verder kon uitwerken. Met behulp van een lokaal bedrijf kon ze haar harslagmeters werkelijk in productie brengen en een marketingplan maken. De plannen zijn dat de harslagmeters, waarvan de naam nu veranderd is in Instabeat, in 2013 op de markt zullen komen voor 100-150 dollar. Via www.instabeat.me kun je je inschrijven om als eerste te weten wanneer ze op de te koop zijn. 

Bron: WiredUK, februari 2013

T-shirt met vochtsensor om uitdroging te meten.

Eerder op deze blog beweerde ik dat het onzin is om continu water of sportdrank te drinken tijdens een normale looptraining. Maar als het erg warm is, je een lange duurloop aan het doen bent, of gewoon heel veel zweet, kun je op een gegeven moment tóch uitgedroogd raken. Hoe weet je nu of je je dorst moet negeren, of dat je tóch maar beter even wat moet gaan drinken? Nu doe je dat gewoon “op gevoel” maar wie weet komt daar binnenkort iets nieuws voor: een t-shirt dat uitdroging kan meten.

Zogenaamde “smart clothing” (slimme kleding) is al een tijdje een trend in de mode- en techniekwereld. Kunstenaars en mode-ontwerpers maken in samenwerking met wetenschappers, bijvoorbeeld kleding met lampjes, stoffen die reageren op aanraking, enzovoorts. Over het algemeen zijn dit voornamelijk kunstprojecten of leuke gadgets. Maar dat je met smart clothing ook écht nuttige dingen kunt doen, bewijzen Italiaanse onderzoekers nu met vocht- en zoutmeters in katoenvezels.

Katoenvezels zijn al eerder gemodificeerd tot elektronische sensoren, maar tot nu toe waren die sensoren alleen geschikt om zoutconcentraties te meten in een gel of een vaste stoffen. De italiaanse onderzoekers hebben dit proces nu zodanig weten aan te passen, dat de katoenvezels ook vloeistoffen kunnen meten. Dit deden ze door gewoon katoengaren te impregneren met een polymeer (genaamd: p-type conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrene sulfonate) (oftewel PEDOT:PSS)). Hierdoor ontstond een katoendraadje dat wél stroom kan geleiden, maar ook nog zo flexibel is dat het gewoon ingenaaid kan worden in normale kleding.

De donkere draad in de foto is de geïmpregneerde katoendraad, het metaaldraadje de elektrode waardoor de zoutconcentratie in de druppel gemeten kan worden.

De onderzoekers maakten als proof-of-concept een kledingstuk met deze draadjes, en lieten deze dragen door hardlopers. Ze zagen dat de gemeten zoutconcentratie in het zweet van de hardlopers na 40 minuten lopen hoger was dan na 10 minuten, waarmee ze bewijzen dat de metingen betrouwbaar zijn. In de praktijk kan zo’n t-shirt dus inderdaad werken om uitdroging bij sporters te meten. Ze willen nog een stapje verder gaan, en de techniek ook toepasbaar maken voor de zorg. Bij bijvoorbeeld bewusteloze of comateuze patiënten kan de kleding dan aangeven of een patiënt genoeg vocht binnenkrijgt of niet.

Helemaal waterdicht is het systeem  nog niet. Ook al is het maken van het speciale katoengaren vrij simpel, en kan het makkelijk in grote hoeveelheden geproduceerd worden, zijn er nog een aantal hordes die genomen moeten worden om het écht op grote schaal toe te passen. Het polymeer PEDOT:PSS is nog niet heel erg stabiel, waardoor het kledingstuk al snel niet meer goed zal werken. Ook heeft het polymeer een hoge zuurgraad, dat het katoen van het kledingstuk kan aantasten, waardoor je na een tijdje een t-shirt met gaten overhoudt.

Maar desalniettemin is dit een mooie ontwikkeling voor hardlopers. In de toekomst hebben we geen trainer meer nodig die ons vertelt dat we niet mogen drinken tijdens het hardlopen, maar kunnen we wijzen naar ons t-shirt: zie je wel, ik heb dorst!

Dit artikel verscheen in de Tribune - clubblad van Triatlonvereniging GVAV te Groningen

Bronnen: ChemistryWorld en C2W.  

Night of the Nerds 2012

De Night of the Nerds, een festival over techniek en gadgets voor jongeren, vond zaterdag 6 oktober plaats in NEMO. Ik heb voor de website berichten over de verschillende programma-onderdelen geschreven (bekijk het programma op de website)  en was op de Night zélf ook aanwezig als reporter. Heb je het gemist? In april heb je nog een kans voor een cool festival: Nerds on Stage, in de Rotterdamse Schouwburg.

Als een echte nerd bestuurde ik een robot, at sprinkhanen, zag door de ogen van een helikopter en interviewde de grootste Nerds van deze avond. Lees hieronder mijn verslag. 

Kruip in de huid van een Nao-robot

Het Dutch Nao Team had een aantal Nao-robots meegenomen naar Nemo. Deze Nao’s waren zodanig geprogrammeerd, dat je ze als bezoeker zelf kon besturen. Met een Kinect volgden de handjes van de Nao jouw armbewegingen, en kon je proberen de robot een blok op te laten pakken, en ergens anders weer neer te laten zetten. Dat klinkt een stuk makkelijker dan het in werkelijkheid was.

De armen reageerden niet altijd even soepel op mijn bewegingen, en omdat één van de leden van het team het lichaam bestuurde, ging de robot soms te ver naar voren, waardoor de robot de blokken steeds omgooide. Uiteindelijk is het dan toch gelukt en kan ik ook trots zeggen dat ik een Nao-robot heb bestuurd. Met blokken spelen voor gevorderden.

Hightech food

De Food and Jazz DJ’s hadden op het bovendek een mooi plantentuintje uitgestald, met allerlei eetbare bloemen en kruiden. Ook de gevriesdroogde sprinkhanen en meelwormen vonden weer gretig aftrek. Natuurlijk moest ik al die exotische hapjes ook even proeven.

Ook hadden ze speciale Chinese bloemetjes zie je mond laten schuimen en je smaken neutraliseren, volgens de dame achter de bar. De smaakexplosie van de bloemetjes werd nog eens versterkt door de pompoeuze muziek door de koptelefoon, die ik gelijktijdig te horen kreeg. Misschien was het door de dubbele zintuiglijke stimulatie dat ik na afloop even een luchtje moest scheppen op het bovendek. Ik geef toch de voorkeur aan een knapperige sprinkhaan.

Hightech mode 

De prachtige gouden outfit met ritsen waarin Beorn Lebenstadt rondliep door Nemo was me al eerder op de avond opgevallen. Op het bovendek van Nemo kwam ik hem weer tegen, en bleek de kleding veel meer te zijn dan het in eerste instantie leek. De vriendin van Beorn (mode-ontwerpster Maartje Dijkstra) had het high-fashion kledingstuk ontworpen, waardoor het niet zo misstaan op de catwalk.

Maar de vele ritsen waren meer dan alleen decoratief – ze werkten ook om de DJ-set van Beorn te bedienen. Door de ritsen open en dicht te doen, kon hij de sliders van de DJ-software op zijn computer besturen. Onder de risten liepen kleine stroompjes, waarvan de grootte kon worden aangepast door de positie van de rits. Zo kan Beorn muziek maken met zijn kleding. Echte high-tech high-fashion!

Bij Nerds on Stage  in Rotterdam, geeft Beorn een DJ-performance met zijn kleding. Komt dat zien!

Zien wat een drone-helikopter ziet 

Vlak bij de ingang staat een jongen met een mooie drone-helikopter. Iedereen heeft ze al wel eens gezien, maar heb je wel eens gezien wat zo’n drone nu zelf ziet? Ik niet, en dat kan hier met een Virtual-Reality bril, die je laat kijken door de camera die op de helikopter gemonteerd zit.

Dat blijkt heel raar te zijn. Eerst lijkt het even alsof je gewoon televisie kijkt door een bril, maar als de drone werkelijk opstijgt, zie je ineens de wereld van boven, terwijl je nog geen centimeter bewogen hebt. De drone draait vervolgens, waardoor je jezelf in beeld ziet.

Het beeld dat je met je ogen zien verandert, zonder dat je beweegt, en omgekeerd, als je je hoofd beweegt verandert het beeld niet mee. Hierdoor raakt je evenwichtsorgaan enigszins in de war, waardoor al veel bezoekers duizelig of misselijk geworden zijn, volgens de begeleider van het project. Zo ook ik – enigszins dizzy zet ik de bril weer af, een leuke experience. 

De Nerd-quiz 

Driemaal werd hij gepresenteerd: de Ultieme Nerd-Quiz, gepresenteerd door quizmaster Philip Dröge van de populair-wetenschappelijk website Faqt.nl. Wie weet het meeste en wordt de winnaar van de quiz?

De winnaars van de avond zijn Sander uit Grooteboek (hij zit in 5VWO), Laura uit Zaandijk (ze zit in 6VWO) en Nils (6 VWO). Waarom zij denken nerds te zijn (of juist niet)? Bekijk de korte interviews met de winnaars in deze filmpjes:

Een goede bioloog moet meer kunnen dan dieren observeren en mooie plaatjes maken

Nynke Dekker is van oorsprong atoomfysicus, en deed promotieonderzoek aan Harvard University in de kwantumfysica. Dat klinkt “heftig” (in haar eigen woorden), maar na haar promotie ontdekte ze de biologie, en het raakvlak tussen de twee vakgebieden, de biofysica. En sindsdien heeft ze nooit meer teruggekeken naar de atoomfysica. Sinds 2002 heeft Nynke Dekker een eigen onderzoeksgroep bij het Kavli Institute of Nanoscience bij de Faculty of Applied Sciences in Delft, waar ze in 2008 als professor werd benoemd.

Wanneer bent u in uw onderzoek over de knie gegaan? Of gaat of ging er wel eens iets heel erg mis?

Toen ik net mijn eigen groep had deed ik zelf ook nog experimenten. Maar na een paar jaar gebeurde het steeds vaker dat ik door onverwachte afspraken, telefoontjes en overleggen helemaal vergat dat ik een experiment had ingezet. En dan was het meestal al te laat. Toen heb ik, met pijn in mijn hart, moeten toegeven dat ik op deze manier alleen maar materialen en tijd verspilde, en nu laat ik het labwerk maar aan mijn groepsleden over.

Wat gaat u morgen doen?

Morgen wordt onze afdeling geëvalueerd voor de jaarlijkse visitatie van alle natuurkunde-afdelingen in Nederland. Er zal een groep binnen- en buitenlandse onderzoekers langskomen, die moeten beoordelen of de afdeling goed werkt. Spannend, maar ook leuk omdat we kunnen laten zien wat er allemaal gebeurt.

En ook komen er studenten langs voor overleg. Mijn onderzoeksgroep bestaat gemiddeld uit zo’n 10 AIO’s en postdocs, een aantal technici en 5-6 studenten. Dit aantal is nog net overzichtelijk, zo kan ik bij alle projecten betrokken blijven. Het lijkt me niet leuk om een groep te hebben die zo groot is, dat ik niet meer weet waar iedereen mee bezig is. Het persoonlijk contact met de studenten vind ik ook altijd erg leuk. Dus ja, ik heb zin in morgen.

Waar gaat uw volgende publicatie over?

Ik hoop op een spoedige publicatie van de toepassing van onze nieuwe magnetische pincetten die de draaiing van DNA direct kunnen meten. Een artikel over deze nieuwe techniek is al geaccepteerd en zal binnenkort verschijnen in Nature Communications.

Hoe draagt u bij aan de innovatie van uw vakgebied?

Ons werk is een continue wisselwerking tussen het ontwikkelen van nieuwe technieken, en vervolgens het toepassen van deze technieken op biologische experimenten. Zoals ook de nanogaatjes – dit zijn kleine gaatjes waar moleculen doorheen getrokken worden om de secundaire structuur van bijvoorbeeld RNA te kunnen ophelderen. Deze techniek hebben we een jaar of 5 geleden ontwikkeld en pas nu kunnen we het echt toepassen om biologische vragen te beantwoorden.

Waarvan ziet u dat het uw lab, of uzelf, belemmert in hun wetenschappelijk werk, en wat zou er moeten veranderen in de wetenschap? Ziet u een politieke oplossing?

De politiek werkt niet mee. De universitaire budgetten gaan steeds verder omlaag, en aangezien ook de afdeling waarop ik werkzaam ben hieruit wordt gefinancierd, zie ik ook problemen ontstaan voor de afdeling. Op een gegeven moment zullen de bezuinigingen te ver gaan. Het aantrekken van buitenlandse wetenschappers naar Nederland zal moeilijker worden: wie wil er nog een groep opzetten in een land waar de universiteit geen opstartmiddelen geeft? In Duitsland is er nog wél budget, dus zullen buitenlandse onderzoekers sneller daarheen gaan. Ik hoop echt dat het tij nog gekeerd kan worden, omdat goed onderzoek belangrijk is voor innovatie.

Welke bijdrage hoopt u of droomt u nog te leveren in uw carrière?

Ik hoop uiteindelijk een bijdrage te kunnen leveren aan een kwantitatief begrip van DNA replicatie in een levende cel. Ook wil ik onze in vitro-technieken in levende systemen toepassen en zo meer en meer het grensvlak tussen natuurkunde en biologie te verkennen. Hiermee kan ik nog jaren vooruit.

Daarnaast zetten we in op veranderingen in het biologie-onderwijs: de afgelopen decennia is de biologie steeds kwantitatiever geworden. Dieren en planten observeren en mooie plaatjes maken is allang niet meer genoeg om een goede bioloog te zijn. Experimenten worden technisch steeds ingewikkelder en onderzoek zoals DNA-sequencing levert enorme hoeveelheden gegevens op. Zo krijgt de biologie steeds meer raakvlakken met engineering, fysica en informatica. Ik hoop dat de biologie-opleidingen deze ontwikkelingen meenemen in hun curriculum, want zonder een goede basiskennis in fysica en (bio)-informatica wordt het steeds moeilijker om je als bioloog staande te houden in de wetenschap van de 21e eeuw.

In mijn eigen groep zijn veel natuurkundigen die een biologische weg in zijn geslagen, maar naar verhouding minder biologen die richting natuurkunde zijn gegaan. Dat ligt volgens mij aan het type wetenschap: natuurkunde is meer gebaseerd op een opstapeling van kennis, waarbij een studie essentieel is om alle concepten te begrijpen, terwijl biologie zich toch makkelijker leent voor het bijleren van losse stukken kennis. Als de concepten van fysica ook in de biologie-opleidingen terecht komen, kunnen veel meer mensen deze weg in slaan. Ik merk dat ik zelf ook veel heb aan mijn technische achtergrond.

Het is zaterdagmiddag, net na lunchtijd. Waar bent u en waar denkt u aan?

Op zaterdag ben ik in de weer met mijn zoontje van 4. Naar de bibliotheek of met Lego spelen. En dan kan ik de maandag erna er weer tegenaan!

Dit interview is gehouden in het kader van de serie "De Jonge Akademie over de Knie" voor sciencepalooza

Beetje goede rap voor de gezondheid

Voor steeds meer gezondheidstoepassingen worden medische sensoren gebruikt die in het lichaam geïmplanteerd kunnen worden. Bijvoorbeeld voor mensen met diabetes: in plaats van meerdere keren per dag prikken en de suikerwaarden af te lezen krijgen patiënten een sensor onder hun huid geïmplanteerd die continue de waarden afleest. Bij een te laag suikergehalte krijgt de patiënt onmiddellijk een signaaltje zodat de vervelende “hypo’s” vermeden kunnen worden.

Een andere toepassing is het meten van de druk in de blaas - dit kan nuttig zijn voor mensen met verlammingen die daardoor niet meer voelen dat de blaas vol is. Deze sensor doet af en toe een drukmeting, en geeft een seintje als de druk te hoog wordt, zodat de patiënt weet dat hij of zij naar de WC moet gaan. Het nadeel van dit soort sensoren is dat die metingen energie kosten, en een batterijtje leeg kan gaan.

Wetenschappers van Purdue University in Illinois hebben daar nu een ingenieus systeem voor bedacht. Ze hebben een druksensor ontwikkeld waarin een plat balkje zit dat als een duikplank aan één kant bevestigd is. Dat balkje is zo klein dat het door geluid kan gaan trillen. Dat trillen levert energie op, waardoor de batterij wordt opgeladen. Hiervoor is wel de frequentie (de toonhoogte) van het geluid belangrijk, maar het is wel saai voor patiënten om naar een paar saaie tonen te luisteren. De onderzoekers bedachten dat het leuker was om naar muziek te luisteren dus experimenteerden ze met verschillende muziekstijlen.

Na het afspelen van jazz, pop, rap en bluesmuziek was duidelijk dat rap het beste effect had op de trilling van het balkje in de sensor. In rap zitten namelijk veel lage bastonen, die de goede frequentie hebben. Slechts een paar minuten naar rapmuziek luisteren kon de batterij ver genoeg opladen voor een meting van de druk in de blaas..

Wat nu als je niet van rapmuziek houdt? Daar heeft de wetenschap nog geen oplossing voor - gewoon oren dicht en de sensor zijn werk laten doen. 


Dit artikel verscheen eerder op Sciencepalooza.