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國(guó)外研發(fā)出可通過(guò)RFID監(jiān)測(cè)汗水與脈搏的無(wú)線(xiàn)傳感器，可貼附皮膚
發(fā)布時(shí)間：2019-08-21近日，斯坦福大學(xué)和伯克利大學(xué)分別研究了兩種可以直接貼在皮膚上的傳感器，重量非常輕，而且可以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳感，收集復(fù)雜的生理數(shù)據(jù)。
這兩種傳感器都不需要外部線(xiàn)路的連接，通過(guò)內(nèi)部電流和金屬油墨接觸產(chǎn)生的變化，將信號(hào)傳輸給處理器。它們能在不影響人們正常運(yùn)動(dòng)的情況下準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)身體變化，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
無(wú)線(xiàn)貼片式傳感器在外形上進(jìn)行了優(yōu)化，貼在皮膚上不會(huì)對(duì)人體正常的運(yùn)動(dòng)造成影響。同時(shí)，沒(méi)有了線(xiàn)路的干擾也減少了傳感器出現(xiàn)故障的可能，提高了效率。兩所大學(xué)的研究為人體生理數(shù)據(jù)的收集和分析提供了更高效的方式，本文將詳細(xì)介紹這兩種無(wú)線(xiàn)傳感器的技術(shù)原理和應(yīng)用方向。
一、“創(chuàng)可貼”傳感器不受運(yùn)動(dòng)干擾
斯坦福的彈性無(wú)線(xiàn)“BodyNet”傳感器是由金屬油墨覆蓋在柔性材料上制成的，與創(chuàng)可貼的外形類(lèi)似。
這種傳感器與使用微型加速計(jì)或光學(xué)技巧跟蹤身體的手機(jī)和智能手表不同，它的系統(tǒng)依賴(lài)于傳感器本身的拉伸和壓縮，電流通過(guò)這些運(yùn)動(dòng)在流經(jīng)金屬油墨時(shí)引起微小的變化，這些變化會(huì)被傳遞到附近的處理器中。
如果把BodyNet像貼紙一樣貼在關(guān)節(jié)上，它就能報(bào)告那個(gè)關(guān)節(jié)是否彎曲，以及彎曲了多少。傳感器系統(tǒng)非常靈敏，還能探測(cè)到每次心跳時(shí)皮膚經(jīng)歷的細(xì)微變化，或伴隨呼吸產(chǎn)生的更廣泛的變化。
皮膚傳感器是通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)獲取數(shù)據(jù)的，這是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)須人工干預(yù)。傳感器中的金屬油墨導(dǎo)電，電流流過(guò)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，高頻率的電磁波信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸。
無(wú)線(xiàn)射頻系統(tǒng)通過(guò)電磁波的磁場(chǎng)變化識(shí)別電子標(biāo)簽信息，無(wú)源電子標(biāo)簽通過(guò)電磁場(chǎng)提供能量。90年代時(shí)，傳感器想要從人類(lèi)皮膚上獲取信息，必須通過(guò)連接電線(xiàn)，但是當(dāng)電線(xiàn)隨著人體彎曲時(shí)就會(huì)發(fā)生無(wú)法正常工作的狀況，效率會(huì)直線(xiàn)下降。
改造皮膚傳感器的第二部分，是將接收器小型化，它的功能是收集傳感信號(hào)，并將其重新傳輸?shù)诫娫?huà)或其他設(shè)備上。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了可以?shī)A在衣服上的類(lèi)似裝置，但仍然不使用于在健身房監(jiān)測(cè)生理數(shù)據(jù)。
斯坦福大學(xué)的教授表示，他們將制造出一種全身皮膚傳感器陣列，能在不干擾人們正常運(yùn)動(dòng)的情況下收集生理數(shù)據(jù)。
二、汗液監(jiān)測(cè)傳感器可貼在身體各處
伯克利大學(xué)有一個(gè)類(lèi)似的研究項(xiàng)目，研究人員一直在研究一種汗液監(jiān)測(cè)器，可以監(jiān)測(cè)多種生理因素。
通常情況下，汗液監(jiān)測(cè)器每十五分鐘收集一次汗液，然后分批進(jìn)行分析。但是這種監(jiān)測(cè)器無(wú)法分析汗液在每分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化，他們正在研究如何將汗液收集和分析系統(tǒng)集中在皮膚上。
最近，加州大學(xué)開(kāi)始進(jìn)行這種傳感器的大規(guī)模用戶(hù)測(cè)試，測(cè)量汗液能提供的各種生理數(shù)據(jù)。
皮膚傳感器項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、伯克利大學(xué)教授A(yíng)li Javey表示，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)不僅僅是制造傳感器，而是開(kāi)始進(jìn)行更多主題的研究，看看汗水究竟能告訴我們什么。他說(shuō)：“解碼汗水成分需要可靠、可重復(fù)的傳感器，我們可以按比例制作，在身體的不同部位放置多個(gè)傳感器，并將它們用于不同的研究對(duì)象?！?/p>
從手工制作的原型機(jī)到大規(guī)模生產(chǎn)的模型是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。伯克利研究小組找到了芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心(VTT)幫助他們解決批量生產(chǎn)的難題。
對(duì)于平面的、相對(duì)簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，卷軸式技術(shù)最為合適。它本質(zhì)上就是將傳感器直接打印到柔性塑料基板上，然后簡(jiǎn)單地按尺寸裁切。通過(guò)這種方式，可以有效果的降低成本，在短時(shí)間內(nèi)制造成百上千個(gè)傳感器，使規(guī)模部署變得更加簡(jiǎn)單。
結(jié)語(yǔ)：皮膚傳感器將進(jìn)入更多生活場(chǎng)景
可以粘貼在皮膚上的傳感器為針對(duì)人體生理數(shù)據(jù)的研究提供了更便捷的方式。貼片式的傳感器可以放置在不同的身體部位，針對(duì)不同研究項(xiàng)目提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
無(wú)需連接電線(xiàn)的皮膚傳感器能更方便的進(jìn)入我們的生活場(chǎng)景，也減少了因?yàn)榫€(xiàn)路問(wèn)題對(duì)傳輸信號(hào)造成的干擾。未來(lái)這種更靈活的傳感器也許會(huì)離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入醫(yī)院、健身房甚至是家庭場(chǎng)景中。
