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史丹福研发电子皮肤可轻柔监测心脏与睡眠品质

想像一下每天早上,电子皮肤取代闹钟将你唤醒。你在刷牙的时候向电子皮肤发出需求,厨房自动准备早餐。大脑和眼部安装了电子感测器,你用意识传递电子控制感测器开灯关灯,再用意念通过物联网挪开前方挡路的椅子。吃完早餐,你叫了一架直升飞机去上班。直升机抵达开会的大楼,眼部感测器连接VR告诉你接下来的目的地怎么走。你在会场做演讲,观众透过大脑感测器传达对你所演讲内容的兴趣,头顶灯的颜色反应他们的情绪,而你可以随时根据观众的即时回馈调整自己的演讲节奏。

以上是Stanford University(史丹福大学)化学工程学院鲍哲南教授,在Nature Electronics杂志发表的科研文章中,描述了她在史丹福实验室最新的研究成果 – 可穿戴无线皮肤感测器BodyNet的应用场景。

▲史丹福大学华裔科学家鲍哲南教授在电子皮肤的研究上成效斐然。(图片来源取自:YouTube)

最新科研成果 – BodyNet

BodyNet的形态非常小,可以像OK绷一样贴在患者需要观测的皮肤表面,如皮肤一般柔软的电子薄膜,以微创的方式层压在生物组织上。这种设备首先被应用在医疗方面,如监测有睡眠障碍的睡眠品质,呼吸心跳肌肉等表现;或长期观测病患日常生活中的心脏表现。

BodyNet感测器不需要电池,工作原理类似于ID卡:利用RFID无线射频识别技术,从服装接收器吸收能量,为感测器供电,然后从皮肤读取资料并发送回接收器。鲍教授团队的目标是开发穿着舒适,可以随着皮肤拉伸或收缩,并且不需要电池或刚性电路的材料。

▲用金属墨水将天线和感测器丝网印刷到可延展材料上,可黏贴于皮肤表面监测健康数值。(图片来源:史丹福官网Bao Lab)

她的实验室也在研发新感测器检测皮肤的汗液或其他分泌物,并跟踪体温和压力等变数。她希望创造一系列可以贴在皮肤上的无线感测器,配合智慧设备共用各种健康指标。鲍教授也提及,有时候科学家们认为自己在实验室发明的东西非常好,但市场不一定会接受。所以产品一定要对消费者有用,或是在已有的产品上增添新功能。

电子皮肤柔性材料应用的场景

鲍教授提到,史丹福大学可穿戴设备研究中心积极将化学科学和其他学科的研究深入联合起来,比如说医学院、商学院等。而电子皮肤资料收集以后可以应用在医疗或商业有哪些?

支援残障者操作义肢可穿戴设备可以和脑科学、神经刺激结合起来,比如使用感测器传达残疾人脑部电信号以真正感触并控制假肢运动。目前实验室中已成功使小老鼠通过电信号传递进行踢球。

预测脑中风病人颈部通向大脑的血管如果堵塞,就会引起脑中风。若将感测器安放在动脉,植入皮下测量血管的伸张收缩性。如果信号开始变化,那么血管就有阻塞的可能。提前预测可能减低死亡率,提高病人生存率。

监测脑部肿瘤医生在开颅手术完成时,可以在颅内放入可生物降解的感测器以监测病人的脑压。病人自己可以通过设备传输资料观测自己脑压是否有变化,是否有复发的迹象,以提早就医。

除了以上医疗领域有可能应用的场景,未来电子皮肤等不仅可以放在人体表面或是机器人表面,更可以放在建筑物、飞机等大型器械基建表面以监测各种数据资料。甚至在增强虚拟实境方面,VR目前对于使用者来说目前只有视觉的感受。而未来通过使用者可以通过可穿戴设备传达电信号,真正感受到虚拟世界的真实。(文/吴嘉嘉)

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