斯坦福鮑哲南團隊研發電子皮膚,健康信號一「貼」即知

藥明康德AI/報導

皮膚發出的微妙信號，你接收到了嗎？最近，史丹福大學（Stanford University）化學工程系的鮑哲南教授領銜的實驗團隊開發出一種檢測方法，使用柔性傳感器技術，在皮膚上粘貼一塊「創可貼」，如同電子皮膚一般，將人體健康數據傳輸到接收器上。這項系統名為BodyNet，研究人員在《自然·電子》（Nature Electronics）期刊上發表的一篇文章中具體描述了這款「電子皮膚」的系統原理。

鮑哲南教授最終目的要創造出一整套柔性無線傳感器，並使其附著在皮膚上，與智能服裝協同工作，從而能應用於醫療場景中，用來監測患者心臟健康以及睡眠障礙問題。試驗中，研究人員將「電子皮膚」貼在一名受試者的手腕和腹部，通過檢測他們的皮膚在每次心跳、以及呼吸時的拉伸、收縮情況，來監測受試者的脈搏和呼吸；他們還在受試者的肘部和膝蓋上貼上這款傳感器，通過測量相應肌肉彎曲時皮膚收緊或放鬆的時間，來跟蹤手臂和腿部的運動狀況。

圖片來源：Stanford官網/Bao Lab

鮑哲南教授說：「這種全陣列式的皮膚傳感器能設計的前提是，不幹擾人們日常生活行為、生活質量，並將便利最大化，最終打造出穿著舒適、且沒有剛性電路的技術的可穿戴式設備，並超越智慧型手機監測或侵入式的現有方法。」

兼具可伸縮、舒適度、功能性的BodyNet

該研究團隊的博士後學者牛思淼和松久直二（Naoji Matsuhisa）帶領了一個14人的團隊，花3年時間實際設計了這款柔性傳感器。

BodyNet的設計首先利用RFID（射頻識別）技術，其工作原理就像帶有晶片的ID卡片一樣，BodyNet中具有藍牙接收功能的接收器先用無線接收的方式從智能服裝中獲取RFID能量，從而獲得電，之後BodyNet便能讀取其所附著的皮膚的相關數值。

解決了如何傳輸信息後，就需解決如何做到柔性，也就是隨皮膚拉伸或收縮。研究人員創造出一種可以像皮膚一樣伸縮彎曲的材料，通過在橡膠貼紙上絲網印刷金屬油墨便能實現這一點。

然而，舊的問題解決，新的也隨之而來。由於BodyNet的可持續穿戴性，這種材料面對長時間彎曲拉伸時會使傳感器傳輸信號變得微弱、不穩定，檢測功能也便大打折扣。

圖片來源：Stanford官網/Bao Lab

於是，研究人員進而開發一種新型的RFID系統，也就是，在不斷波動的情況下也可以向接收器發出強大而準確的信號。接著，只要定期將貼紙上的數據上傳到手機或電腦中長期儲存數據即可。

目前，研究團隊已取得不小進展，實現了通過讀取人類皮膚所發出的微弱信號來測量呼吸以及脈搏。下一步，他們正嘗試開發用來檢測汗液以及其他皮膚分泌物的最新型「電子皮膚」，進而追蹤人類體溫以及情緒等與健康信息相關的變量因素。當然，該技術距離成為一款功能完善的消費級可穿戴設備，還需要克服另一挑戰——保持傳感器和接收器彼此接近。如何將傳感器更好得融於人們日常所穿的服裝併兼具美觀性是一下步實驗團隊需要繼續研究完成的。

關於電子皮膚

說到電子皮膚，它是一種能夠讓機器人產生觸覺的系統，能模擬甚至取代人體皮膚。其結構簡單，易於塑形，且能加以應用的領域相當廣泛。從醫療領域來說，可以幫助殘障人士恢復肢體知覺，讓假肢理解觸摸、彎曲或按壓等動作，幫助配有假肢的人恢復感覺；當然也包括上文所提到的用來監測心率、血壓血糖、睡眠等指標。從遊戲領域來說，在玩家手掌上貼上電子皮膚，以探索遊戲操控手柄升級的可能性，未來提升玩家在遊戲中的體驗感。

圖片來源：Pixabay

從目前來說，電子皮膚的相關研究都還處於初始階段，需要更多基礎研究不斷加以佐證，相信隨著理論以及技術的不斷更新發展，下一代的電子皮膚技術不光是柔性的，而且可能還會具有自我修復性還有以及生物降解性，從某種程度來說電子皮膚是未來健康領域、電子工業領域發展的不可避免的趨勢。

藥明康德AI整理編譯

作者：Tom Abate

題圖來源：Pixabay

參考資料：

[1] Stanfordengineers have developed wireless sensors that stick to the skin to track ourhealth Retrieved Sep 12, from https://news.stanford.edu/2019/08/16/wireless-sensors-stick-skin-track-health/

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