導(dǎo)讀

據(jù)美國斯坦福大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該校研究人員開發(fā)出一種實(shí)驗(yàn)性的貼紙，它可以采集來自皮膚的生理信號，然后將這些健康讀數(shù)無線發(fā)送至夾在衣服上的接收器。

背景

我們傾向于將皮膚的保護(hù)功能認(rèn)為是理所當(dāng)然的，而忽略了它在發(fā)送微弱信號方面（例如緊張時的心跳或者尷尬時的紅暈）所扮演的其他角色。

創(chuàng)新

近日，美國斯坦福大學(xué)的工程師們開發(fā)出一種方法來檢測從皮膚而來的生理信號。這種方法采用了一種傳感器，它可以像創(chuàng)可貼一樣貼在身上，無線發(fā)送讀數(shù)至夾在衣服上的接收器。

（圖片來源：鮑哲南實(shí)驗(yàn)室）

為了演示這項(xiàng)可穿戴技術(shù)，研究人員將傳感器貼在一個測試對象的手腕和腹部，通過檢測每次心跳或者呼吸過程中他們的皮膚如何拉伸與收縮，來監(jiān)測個人的脈搏與呼吸。同樣，通過測量每次相應(yīng)的肌肉活動時皮膚微小的收緊或者放松，個人手肘與膝蓋上的貼紙可以追蹤手臂和腿部的運(yùn)動。

美國斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系教授鮑哲南（Zhenan Bao）的實(shí)驗(yàn)室在一篇于8月15日發(fā)表在《自然·電子學(xué)（Nature Electronics）》期刊上的論文中描述了這個系統(tǒng)，認(rèn)為這項(xiàng)他們稱為“身體網(wǎng)（BodyNet）”的可穿戴技術(shù)，將首先應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境中，例如監(jiān)測睡眠障礙或心臟病病人。她的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在嘗試開發(fā)新型貼紙，來感知汗液以及其他分泌物，從而追蹤體溫以及壓力等變量。她的最終目標(biāo)就是創(chuàng)造一個貼在皮膚上并與智能服裝一起工作的無線傳感器陣列，從而比消費(fèi)者現(xiàn)今使用的智能手機(jī)或者手表更加精準(zhǔn)地追蹤各種各樣的健康指標(biāo)。

鮑教授表示：“我們認(rèn)為，有朝一日，我們將可能會創(chuàng)造出全身的皮膚傳感器陣列，在不影響一個人正常行為的情況下采集生理數(shù)據(jù)。”

技術(shù)

博士后學(xué)者 Simiao Niu 和 Naoji Matsuhisa 領(lǐng)導(dǎo)了14個人的團(tuán)隊，花費(fèi)三年時間設(shè)計這種傳感器。他們的目標(biāo)就是開發(fā)一項(xiàng)可舒適穿戴、不含電池或者其他剛性電路的技術(shù)，防止貼紙影響皮膚拉伸和收縮。

他們最終的設(shè)計通過一種類似RFID（射頻識別）的技術(shù)來滿足這些參數(shù)。RFID技術(shù)，通常用于控制無鑰匙地進(jìn)入上鎖房間。當(dāng)一個人手持身份證來到RFID接收器前，身份證中的天線從接收器中獲取少量RFID能量，并用這個能量生成一個代碼，然后發(fā)回給接收器。

BodyNet 貼紙有點(diǎn)類似身份證：其天線吸收衣服上的接收器發(fā)射的少量RFID能量為傳感器供電。然后，傳感器從皮膚獲得讀數(shù)，再發(fā)射回附近的接收器。

為了讓無線貼正常工作，研究人員必須創(chuàng)造一個可拉伸并像皮膚一樣彎曲的天線。他們通過在橡膠貼紙上絲網(wǎng)印刷金屬油墨來做到這一點(diǎn)。然而，無論何時天線彎曲或者拉伸，這些運(yùn)動都會使其信號太微弱或者不穩(wěn)定，以至于無法使用。

（圖片來源：鮑哲南實(shí)驗(yàn)室）

為了解決這個問題，斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型RFID系統(tǒng)，它可以發(fā)送強(qiáng)烈且準(zhǔn)確的信號給接收器，盡管持續(xù)波動。然后，這種電池供電的接收器采用藍(lán)牙來周期性地從貼紙向智能手機(jī)、電腦或者其他永久存儲系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)。

貼紙的初始版本依賴于微型運(yùn)動傳感器來記錄呼吸和脈搏讀數(shù)。研究人員正在研究如何將汗液、溫度和其他傳感器集成到他們的天線系統(tǒng)中。

為了讓他們的技術(shù)超越臨床應(yīng)用并進(jìn)入消費(fèi)者友好的裝置，研究人員需要克服另外一項(xiàng)挑戰(zhàn)，讓傳感器和接收器相互靠近。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將接收器夾在位于每個傳感器上方的衣服上。傳感器與接收器的一對一配對，在醫(yī)療監(jiān)測方面會有很好的效果，但是創(chuàng)造一個可在鍛煉時穿在身上的 BodyNet，天線必須編織到衣服中以接收和傳輸信號，無論傳感器被貼在哪里。