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史丹福研發電子皮膚可輕柔監測心臟與睡眠品質

想像一下每天早上,電子皮膚取代鬧鐘將你喚醒。你在刷牙的時候向電子皮膚發出需求,廚房自動準備早餐。大腦和眼部安裝了電子感測器,你用意識傳遞電子控制感測器開燈關燈,再用意念通過物聯網挪開前方擋路的椅子。吃完早餐,你叫了一架直升飛機去上班。直升機抵達開會的大樓,眼部感測器連接VR告訴你接下來的目的地怎麼走。你在會場做演講,觀眾透過大腦感測器傳達對你所演講內容的興趣,頭頂燈的顏色反應他們的情緒,而你可以隨時根據觀眾的即時回饋調整自己的演講節奏。

以上是Stanford University(史丹福大學)化學工程學院鮑哲南教授,在Nature Electronics雜誌發表的科研文章中,描述了她在史丹福實驗室最新的研究成果 – 可穿戴無線皮膚感測器BodyNet的應用場景。

▲史丹福大學華裔科學家鮑哲南教授在電子皮膚的研究上成效斐然。(圖片來源取自:YouTube)

最新科研成果 – BodyNet

BodyNet的形態非常小,可以像OK繃一樣貼在患者需要觀測的皮膚表面,如皮膚一般柔軟的電子薄膜,以微創的方式層壓在生物組織上。這種設備首先被應用在醫療方面,如監測有睡眠障礙的睡眠品質,呼吸心跳肌肉等表現;或長期觀測病患日常生活中的心臟表現。

BodyNet感測器不需要電池,工作原理類似於ID卡:利用RFID無線射頻識別技術,從服裝接收器吸收能量,為感測器供電,然後從皮膚讀取資料並發送回接收器。鮑教授團隊的目標是開發穿著舒適,可以隨著皮膚拉伸或收縮,並且不需要電池或剛性電路的材料。

▲用金屬墨水將天線和感測器絲網印刷到可延展材料上,可黏貼於皮膚表面監測健康數值。(圖片來源:史丹福官網Bao Lab)

她的實驗室也在研發新感測器檢測皮膚的汗液或其他分泌物,並跟蹤體溫和壓力等變數。她希望創造一系列可以貼在皮膚上的無線感測器,配合智慧設備共用各種健康指標。鮑教授也提及,有時候科學家們認為自己在實驗室發明的東西非常好,但市場不一定會接受。所以產品一定要對消費者有用,或是在已有的產品上增添新功能。

電子皮膚柔性材料應用的場景

鮑教授提到,史丹福大學可穿戴設備研究中心積極將化學科學和其他學科的研究深入聯合起來,比如說醫學院、商學院等。而電子皮膚資料收集以後可以應用在醫療或商業有哪些?

支援殘障者操作義肢可穿戴設備可以和腦科學、神經刺激結合起來,比如使用感測器傳達殘疾人腦部電信號以真正感觸並控制假肢運動。目前實驗室中已成功使小老鼠通過電信號傳遞進行踢球。

預測腦中風病人頸部通向大腦的血管如果堵塞,就會引起腦中風。若將感測器安放在動脈,植入皮下測量血管的伸張收縮性。如果信號開始變化,那麼血管就有阻塞的可能。提前預測可能減低死亡率,提高病人生存率。

監測腦部腫瘤醫生在開顱手術完成時,可以在顱內放入可生物降解的感測器以監測病人的腦壓。病人自己可以通過設備傳輸資料觀測自己腦壓是否有變化,是否有復發的跡象,以提早就醫。

除了以上醫療領域有可能應用的場景,未來電子皮膚等不僅可以放在人體表面或是機器人表面,更可以放在建築物、飛機等大型器械基建表面以監測各種數據資料。甚至在增強虛擬實境方面,VR目前對於使用者來說目前只有視覺的感受。而未來通過使用者可以通過可穿戴設備傳達電信號,真正感受到虛擬世界的真實。(文/吳嘉嘉)

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