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)行無線傳感，收集復(fù)雜的生理數(shù)據(jù)。
無線貼片式傳感器在外形上進(jìn)行了優(yōu)化，貼在皮膚上不會對人體正常的運(yùn)動造成影響。同時，沒有了線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)介紹這兩種無線傳感器的技術(shù)原理和應(yīng)用方向。
“創(chuàng)可貼”傳感器不受運(yùn)動干擾
斯坦福的彈性無線“BodyNet”傳感器是由金屬油墨覆蓋在柔性材料上制成的，與創(chuàng)可貼的外形類似。
這種傳感器與使用微型加速計或光學(xué)技巧跟蹤身體的手機(jī)和智能手表不同，它的系統(tǒng)依賴于傳感器本身的拉伸和壓縮，電流通過這些運(yùn)動在流經(jīng)金屬油墨時引起微小的變化，這些變化會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，它就能報告那個關(guān)節(jié)是否彎曲，以及彎曲了多少。傳感器系統(tǒng)非常靈敏，還能探測到每次心跳時皮膚經(jīng)歷的細(xì)微變化，或伴隨呼吸產(chǎn)生的更廣泛的變化。
皮膚傳感器是通過無線射頻識別技術(shù)（RFID）獲取數(shù)據(jù)的，這是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)。傳感器中的金屬油墨導(dǎo)電，電流流過周圍會產(chǎn)生電磁場，高頻率的電磁波信號可以遠(yuǎn)距離傳輸。
無線射頻系統(tǒng)通過電磁波的磁場變化識別電子標(biāo)簽信息，無源電子標(biāo)簽通過電磁場提供能量。90年代時，傳感器想要從人類皮膚上獲取信息，必須通過連接電線，但是當(dāng)電線隨著人體彎曲時就會發(fā)生無法正常工作的狀況，效率會直線下降。
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，并將其重新傳輸?shù)诫娫捇蚱渌O(shè)備上。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有了可以夾在衣服上的類似裝置，但仍然不使用于在健身房監(jiān)測生理數(shù)據(jù)。
汗液監(jiān)測傳感器可貼在身體各處
伯克利大學(xué)有一個類似的研究項目，研究人員一直在研究一種汗液監(jiān)測器，可以監(jiān)測多種生理因素。
通常情況下，汗液監(jiān)測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)測器無法分析汗液在每分鐘或更短的時間內(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)開始進(jìn)行這種傳感器的大規(guī)模用戶測試，測量汗液能提供的各種生理數(shù)據(jù)。
皮膚傳感器項目的負(fù)責(zé)人、伯克利大學(xué)教授Ali Javey表示，這個項目的目標(biāo)不僅僅是制造傳感器，而是開始進(jìn)行更多主題的研究，看看汗水究竟能告訴我們什么。他說：“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傳感器，并將它們用于不同的研究對象。”
從手工制作的原型機(jī)到大規(guī)模生產(chǎn)的模型是一個巨大的挑戰(zhàn)。伯克利研究小組找到了芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）幫助他們解決批量生產(chǎn)的難題。
對于平面的、相對簡單的電子產(chǎn)品來說，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，然后簡單地按尺寸裁切。通過這種方式，可以有效果的降低成本，在短時間內(nèi)制造成百上千個傳感器，使規(guī)模部署變得更加簡單。
皮膚傳感器將進(jìn)入更多生活場景
可以粘貼在皮膚上的傳感器為針對人體生理數(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，針對不同研究項目提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
