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新型可穿戴传感器:读懂你“汗水”里的秘密

  • 未来频道
  • 时间:2021-06-03 17:44
  • 阅读:433

不久前,美国工程人员研发出世界上第一个全电子集成系统,该系统可以在汗水中持续、无害地监测多种生化物。这项新科技打开了可穿戴设备的大门,当使用者出现类似疲劳过度、脱水、身体温度过高等健康问题时,它就会立即发出警报。

  新型可穿传感器可以从汗液中揭示什么?加州大学的工程师们给出了结果。

  准确地来说,这个“灵敏传感系统”可以根据使用者皮肤的温度,测算汗水里的代谢物和电解质,并将数据实时同步到智能手机上。尽管在过去十年中,有不少健康监测系统已经出现在消费者的电子设备上,但研究人员表示,这个在《自然》杂志上亮相的新设备,是世界上第一个全电子集成系统。

  来自加州大学电子工程和计算机科学系的教授阿里·捷维(Ali  Javey)是这个项目的首席研究员,他说:“人类的汗水包含丰富的生理信息,这为‘无害可穿传感器’提供了一种别具吸引力的测试品。然而,出汗过程是复杂的,并且需要从多方面提取出与皮肤有关的有效信息。所以我们研发出一种全电子集成系统,它能在同一时间内,有选择地测算多种汗液分析物,而且能把分析数据无线传送到智能手机中。我们的工作为‘以汗液为基础的健康监测’开启了一个新的科技平台。”

  为了设计和开发这个“汗液传感系统”,捷维和他的团队专门咨询了运动生理学家、加州大学综合生物学教授乔治·布洛克斯(George  Brooks)。布洛克斯表示,他被捷维的研究团队所设计的传感器所深深吸引。

  作为这项研究的合作者,他觉得制作一个可穿的汗液传感器是非常不可思议的,因为这个新设备所测算的代谢产物和电解质,对于个人健康来说非常重要。“在无伤害的科技下,终有一日我们无需再挨一针一刀,就能知道自己身体状况如何。”他这样说道。

  从研究团队所制作的样本可以看到,在一个柔性电路板中有五个传感器。这些传感器可测算代谢物的葡萄糖和乳酸、电解质的钠和钾、以及皮肤温度。而集成系统则能够让研究者通过测量皮肤温度,实时地校准和配合其他传感器的读取情况,因为葡萄糖和乳酸传感器的反应非常受温度影响。

  与传感器相邻的,是用现成硅胶原件制成的无线传送电路板。研究人员使用了超过10个集成电路芯片,来负责传感器测算、信号增强、体温变化适应及数据的无线传送。此外,他们还制作了专门的app(手机软件),将传感器的数据同步到手机,并连接到智能手环和头带上。

  在实验中,研究者将设备分发给进行各种室内外运动的志愿者们,研究目标踩单车或户外跑步,测试时间从几分钟到长达一小时不等。通过一系列测试,他们希望今后能够把所有电路功能整合到单独一块芯片上,这样便能缩小设备的体积,一次也可以测算出更多结果。

  布洛克斯认为这个“传感器”充满潜力,未来或可运用在排汗以外的测算。他说:“既然这种‘可穿无害科技’能很好地应用在运动员身上,那么也有可能有更多的科技应用,比如说测量人们日常健康中至关重要的代谢物和电解质级别,或者为受伤或生病的人测量其他体液。”

  首席研究员捷维则表示,他们的长远目标是,把这个设备运用到医学应用研究中。


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