Ink-based textile electrodes for Functional Electrical Stimulation: durability tests towards real-life applications

Functional Electrical Stimulation (FES) is a rehabilitation technique that uses electrical impulses to evoke muscle contractions and produce purposeful movements in impaired subjects. Hydrogel electrodes are commonly used since they assure high reliability and affordability, but they also present limitations such as the potential for skin irritation and their disposable nature. To overcome these issues, textile electrodes have been developed in the last decades and there is the need to evaluate their properties and long-term behaviour. This project investigates the durability and performance of the Elastatrode™ electrodes, a type of textile electrode used in FES applications. The study is divided into two sections: durability and FES tests. For the first part, mechanical and cleaning tests were performed, while measuring skin-electrode impedance and resistance of the electrodes. For the second part, new and washed textile electrodes were tested on healthy subjects, evaluating stimulation and comfort performances. The results underlined the importance of using an electrolyte with textile electrodes, with "hand cream" exhibiting superior performance compared to tap water or physiological solution. Focusing on the durability tests, the electrodes showed a good tolerance against mechanical tests, while less promising results were found for cleaning tests. Moreover, the similarity between new and washed electrodes, in terms of both stimulation and perceived comfort, was highlighted during the FES tests. However, challenges such as weak electrode-cable interface and fragility of the tracks of the electrode were depicted.

La Stimolazione Elettrica Funzionale (FES) è una tecnica di riabilitazione che utilizza impulsi elettrici per provocare contrazioni muscolari e produrre movimenti volontari in soggetti con disabilità. Gli elettrodi hydrogel sono comunemente usati per la loro alta affidabilità, anche se presentano limitazioni come potenziale irritazione della pelle e scarsa durabilità. Per superare questi problemi, negli ultimi decenni sono stati sviluppati elettrodi textile, per i quali è necessario valutare le proprietà e il comportamento a lungo termine. Questo progetto riguarda la durabilità e le prestazioni degli elettrodi Elastatrode™, un tipo di elettrodo textile utilizzato nelle applicazioni FES. Lo studio è diviso in due sezioni: test di durabilità e protocollo FES. Nella prima parte, sono stati eseguiti test meccanici e di lavaggio, misurando l’impedenza elettrodo-pelle e la resistenza degli elettrodi. Nella seconda parte, elettrodi textile nuovi e lavati sono stati testati su soggetti sani, valutando le prestazioni di stimolazione e comfort. I risultati hanno sottolineato l’importanza di utilizzare un elettrolita con gli elettrodi textile, con la "crema per le mani" che ha ottenuto prestazioni migliori. Concentrandosi sui test di durabilità, gli elettrodi hanno mostrato una buona tolleranza ai test meccanici, mentre risultati meno promettenti sono stati trovati per i test di lavaggio. Inoltre, la somiglianza tra elettrodi nuovi e lavati, in termini di stimolazione e comfort percepito, è stata evidenziata durante il protocollo FES. Tuttavia, sono state individuate problematiche, come il bottone usato per l’interfaccia elettrodo-cavo e la fragilità delle tracce dell’elettrodo, che necessitano studi ulteriori.