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贴在皮肤上的无线传感器可追踪我们的健康状况

人工智能 2021-03-11 14:59:40

我们倾向于认为皮肤的保护功能是理所当然的,而忽略了它在发微妙的信号(如心跳或尴尬)中的其他作用。现在,斯坦福大学的工程师们已经开发出一种方法,可以利用传感器像绷带一样将无线信号粘贴在衣服上的接收器上,从而检测皮肤发出的生理信号。

为了演示这种可穿戴技术,研究人员将传感器粘贴到一个测试对象的手腕和腹部,通过检测他们的皮肤在每次心跳或呼吸中如何伸展和收缩来监视该人的脉搏和呼吸。同样,人的肘部和膝盖上的贴纸通过在每次相应的肌肉弯曲时测量微小的皮肤紧致或松弛情况来跟踪手臂和腿部的运动。

化学工程学教授鲍振安(Zhenan Bao)的实验室 在《自然电子》的一篇文章中 对该系统进行了描述,他认为这种可穿戴技术(他们称为BodyNet)将首先用于医疗环境,例如监测患有睡眠障碍或心脏病的患者。她的实验室已经在尝试开发新的贴纸来感知汗水和其他分泌物,以跟踪诸如体温和压力之类的变量。她的最终目标是创建一系列附着在皮肤上的无线传感器,并与智能服装结合使用,以比当今消费者使用的智能手机或手表更准确地跟踪各种健康指标。

“同时,我们认为有一天可以创建一个全身皮肤传感器阵列来收集生理数据,而又不会干扰一个人的正常行为,”鲍德说。他也是工学院的KK Lee教授 。

可拉伸,舒适,功能齐全

博士后牛思iao和松久直治领导的这个由14人组成的团队花了三年的时间设计传感器。他们的目标是开发一种穿着舒适,没有电池或刚性电路的技术,以防止贴纸与皮肤拉伸和收缩。

他们最终的设计通过RFID(射频识别)技术的变化来满足这些参数,该技术用于控制无钥匙进入上锁的房间。当一个人将ID卡拿到RFID接收器时,ID卡中的天线会从接收器中收集一小部分RFID能量,并使用该能量生成代码,然后再将其发射回接收器。

BodyNet标签类似于ID卡:它具有一个天线,该天线从衣服上的接收器中收集一点传入的RFID能量,以为其传感器供电。然后,它会从皮肤上读取读数,并将其传送回附近的接收器。

但是要使无线标签有效,研究人员必须制造出一种可以像皮肤一样伸展和弯曲的天线。他们通过在橡胶贴纸上丝网印刷金属油墨来做到这一点。但是,每当天线弯曲或拉伸时,这些运动都会使其信号变得微弱和不稳定,以至于无法使用。

为了解决这个问题,斯坦福大学的研究人员开发了一种新型的RFID系统,该系统可以在不断波动的情况下向接收器发出强而准确的信号。然后,由电池供电的接收器使用蓝牙将标签上的数据定期上传到智能手机,计算机或其他永久性存储系统。

贴纸的最初版本依靠微小的运动传感器来获取呼吸和脉搏读数。研究人员正在研究如何将汗液,温度和其他传感器集成到他们的天线系统中。

为了将其技术从临床应用转移到对消费者友好的设备中,研究人员需要克服另一个挑战-保持传感器和接收器彼此靠近。在他们的实验中,研究人员将接收器夹在每个传感器上方的衣服上。一对一的传感器和接收器配对在医疗监控中是可以的,但是要创建一个供人在运动时佩戴的BodyNet,则必须将天线编织到衣服中以接收和发送信号,无论人在何处粘贴传感器。

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