上海交大彭志科團隊突破「微波微動監測與智能感知技術」

工博會現場圖。上海交大供圖

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用微波「看見」未知世界 上海交大彭志科團隊突破「微波微動監測與智能感知技術」

中新網上海9月17日電 (熊玉勇 江倩倩 許婧)準確監測方艙醫院大量感染患者的生命狀況，精確「診斷」大橋工程結構是否存在安全隱患，隨時隨地獲取獨居老人在家的健康體徵……上海交通大學彭志科教授團隊研發的基於微波感知的微動監測與環境智能前瞻技術，像一種神奇的「第六感」，能讓「看不見」的被「看見」。

上海松浦大橋測試現場。上海交大供圖

該成果亮相正在上海舉行的第二十二屆中國國際工業博覽會，備受關注。

微波作為一種無線電波在我們的日常生活中無處不在。學界認為，該研究取得了一系列國際領先與獨創的技術成果，以原始創新為生物醫療及工程領域微動監測與環境感知等共性需求提供革新技術與解決方案。

基於物理世界中目標及環境會對微波信號產生複雜調製的原理，彭志科教授團隊創新性地提出了基於微波感知的振動監測與環境智能新概念與新技術；經過多年的理論創新與核心技術攻關，突破了微波全場感知與高精度微動監測難題，形成了基於微波感知的單目標-多目標-全場的同步微動監測與智能感知變革性技術；微動測量精度達1um量級，可實現大範圍、多尺度、高精度、低成本、全天時全天候的微動監測與環境感知，為新型振動與噪聲傳感、結構損傷檢測、醫療健康監測與智能家居、新一代人機互動和物聯網等領域提供創新技術與解決方案。

目前，在微動監測與環境感知領域，傳統的接觸式傳感器在工程中存在組網複雜、安裝不便、成本高等突出問題，在生物傳感領域中可穿戴式傳感技術由於受限於穿戴操作，實際使用亦受到較大限制。另一方面，視覺感知技術對光線比較敏感，難以實現高精度的微動監測，且在動態監測中存在天然缺陷；雷射探測技術常需要掃描實現全場感知，且對使用環境和操作方法具有嚴格要求。

針對微動感知與監測領域日益增長的需求及挑戰，彭志科團隊致力於探究一種另闢蹊徑的感知技術以突破現有技術的局限性，基於電磁、信號處理、機械、力學、生物醫學及計算機等多學科交叉研究，提出了微波微動監測與智能感知前瞻技術原型，並突破了微動目標定位與信息反演、雜波幹擾抑制及多特徵融合的機器學習模型構建等關鍵算法，以變革性思維解決微動監測領域的難題與挑戰。

隨著全球人口老齡化的不斷加劇，現代醫療和健康保障體系面臨著巨大的挑戰，據統計，到2050年，世界上65歲以上的人口將突破15億，在缺乏子女照料的情況下，獨居老人的日常生活管理以及身體健康等問題已十分凸顯。在大健康與智能家居領域，非接觸式的智能傳感為解決老齡化及醫療資源緊缺等提供了新的途徑。

據研究，老人跌倒後躺在地上一小時以上其死亡率會增加5倍，在慢性病管理方面，步態分析是疾病診斷和康復治療等的重要工具。

「我們通過微都卜勒特徵提取與先進的AI算法，微波微動監測與智能感知技術能夠有效地監測跌倒及步態信息，且不涉及敏感的隱私保護問題，為老年人的獨立生活監測提供了新的解決方案。」項目組核心成員、上海交大機械與動力工程學院博士後熊玉勇介紹說。

突如其來的新冠肺炎疫情席捲全球，對民眾的生命健康及生產生活均帶來了巨大衝擊，如何保障患者健康及醫療資源緊缺的矛盾亟待解決。面對全球抗疫，方艙醫院大量感染患者的健康監測與診療，對醫療資源的需求和醫務人員的要求提出了很大的挑戰，通過微波微動監測技術可以同時對多個患者進行心率及呼吸頻率等體徵數據的監測，為智慧醫療提供良好支撐，具有重要的應用前景。

該成果亦引領傳感監測新方法。隨著港珠澳大橋等超級工程在中國建成服役，關鍵工程結構的力學性能測試與服役期間的健康監測是保障經濟社會發展及人民生命安全的重要基礎。以橋梁為例，據報導中國現代橋梁總數超過100萬座，其健康監測與維護任務非常繁重，未來將產生每年數千億元的運維市場需求。

針對橋梁、大型建築物的運維需求，團隊研究的微波振動監測技術，能夠對結構多測點進行同步形變與振動測量，實現全天時全天候遠程監測，測量誤差≤5%，可實現結構性能的快速測試與評估，極大地降低測試成本與時間消耗，目前已應用在上海地鐵高架、上海松浦大橋等工程結構的健康監測中，為關鍵工程結構的智能運維提供新的測試技術與高端儀器支撐。(完)

來源：中國新聞網