电子皮肤或终结所有智能设备

来源 :科海故事博览·下旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaotoumiao
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  BodyNet
  BodyNet的形态非常小,可以像一张小创可贴一样贴在患者需要观测的皮肤表面,便于使用。它将首先被用在医疗方面,如监测患有睡眠障碍的患者的夜间睡觉质量,呼吸心跳肌肉等表现,或长期观测心脏病患者日常生活中的心脏表现。BodyNet上的传感器不需要电池,工作原理类似于ID卡:利用无线射频识别技术RFID,从服装接收器吸收能量,为传感器供电,然后从皮肤中读取数据并发送回接收器。鲍教授团队的目标是开发穿着舒适,可以随着皮肤拉伸或收缩,并且不需要电池或刚性电路的材料。她的实验室也在研发新传感器检测皮肤的汗液或其他分泌物,并跟踪体温和压力等变量。她希望创造一系列可以贴在皮肤上的无线传感器,配合智能设备共享各种健康指标。鲍教授提及,有时候科学家们认为自己在实验室发明的东西非常好,但市场不一定会接受。所以产品一定要对消费者有用,或是在已有产品的功能上加新功能。她和Burnett教授畅想,未来电子皮肤的应用场景,可以让使用者触摸东西时不仅有触觉感受,也可以有即时数据分析,比如说知道表面上是否有细菌,或者说对触摸的历史是否有记录,甚至是可以通过用户手部的抖动,预测用户的衰老表现等。能够使用户能力提升的应用才是市场会接受的应用。这也是他们将来的开发思路。在用户习惯调研方面,Burnett教授特别提及应该不仅仅采访普通用户,更应采访的是最先有可能应用领先技术,思想最为超前的人。比如美国视频游戏开发者Zoe Quinn曾在自己手掌的拇指和食指之间植入了一枚NFC芯片,以探索开发操控手机和游戏的新的可能性。《时代》周刊早在2014年9月一篇讲述Apple Watch的文章Never Offline中,就详细描述并畅想了未来可穿戴技术对人类生活的改变。如今科学技术正一步一步使人们对未来生活的设想照进现实。然而目前从实验室成果转化为实际生活中的每
  日应用的产品,未来有无数种可能,但仍然有很长的路要走。
  柔性电子领域的方向和成果
  柔性电子领域全球领先的3个实验室分别位于:斯坦福大学、美国西北大学和东京大学。虽然大家前进的研究方式不太一样,但是期望达到的目标都是一致的。巧的是,这3个实验室的科学家早年都来自贝尔实验室。贝尔实验室可谓是柔性电子材料的先行者,2000年就成功制造出当时世界上第一个用有机晶体管材料做成的柔性电子纸。目前研发电子皮肤材料有两种大思路:一种是使用目前已知的材料,如硅等小的原件,用工业的方法切薄,加上传感器再搭配可拉伸的导线,这样可以达到类似皮肤拉伸的目的;另一种是如鲍教授团队,研发现在还没有的材料与皮肤类似的新电子材料设计。东京大学Takao Someya教授致力于研发可以传达人体内部情况的电子皮肤。这个电子皮肤可以给外科医生提供体征数据,当身体在即将生病时提供警报,甚至可以通过触觉来诊断另一个人体内的疾病。Someya团队已经成功研发了可用于测试含氧量的电子皮肤。通过点亮红色、绿色或蓝色的微电子元件清晰地显示读数。超薄电子皮肤贴在手上可以变成数字显示屏显示信息。Someya希望未来这些电子皮肤能应用于监测手术过程中相关器官的含氧量水平。另一位学术大牛美国西北大学John Rogers教授的电子皮肤,也已经尝试在各个方面应用。除了在医疗方面钻研汗液成分、温度、压力等健康信息问题,Rogers教授在假肢佩戴感知方面也颇有建树。Rogers教授的电子皮肤已有的商业合作项目都非常有趣,比如说使用皮肤纹身监测阳光中UV值以及最近和某化妆品品牌达成的合作,使用比创可贴更小的电子皮肤给客户测試皮肤的pH值、含水量等信息,再根据数据结果推荐化妆品。
  鲍教授多次提到,做研究的时候不能只停留在实验室,而是要在现实生活中和不同的学科结合起来,才会对人类有帮助、有价值。斯坦福大学可穿戴设备研究中心积极将化学科学和其他学科的研究深入联合起来,比如说医学院、商学院等。那么,电子皮肤数据收集以后可以应用在医疗或商业的哪些方面?可穿戴传感器、电子皮肤是否可以应用在其他场景呢?在医疗领域有可能深度应用的项目:一是支持残疾人操作假肢。可穿戴设备可以和脑科学、神经刺激结合起来,比如使用传感器传达残疾人脑部电信号以真正感触并控制假肢运动。目前实验室中已成功使小老鼠通过电信号传递进行踢球。二是预测脑中风。病人脖子通向大脑的血管如果堵塞,就会引起脑中风。可以将传感器安放在动脉,植入皮下测量血管的伸张收缩性。如果信号开始变化,那么血管有堵塞的可能。提前预测可能减低死亡率,提高病人生存率。三是监测脑部肿瘤。医生在开颅手术完成时,可以在病人颅内放入可生物降解的传感器以监测病人的颅压。病人自己可以通过设备传输数据观测自己的脑压是否有变化,是否有复发的迹象,以提早就医。除了以上医疗领域有可能应用的场景,未来电子皮肤等器件不仅可以放在人体表面或是机器人表面,更可以放在建筑物、飞机等大型器械机件表面以监测数据。甚至在增强虚拟现实方面,VR目前对于用户来说只有视觉上的感受。而未来用户可以通过可穿戴设备传达电信号,真正感受到虚拟世界的真实。目前,可穿戴电子中心和产业界、工业界都有不少合作。比如斯坦福教育学院已经在研究如何从生理数据研究儿童学习方式的学习效果,而不仅仅是从成绩。通过传感器可以监测儿童学习时的脑电波、心率、甚至汗液的成分来检测注意力是否集中,或者哪种提问的方式可以使学生更有兴趣,大脑更加活跃等。电子皮肤现在所处的阶段,已经不仅仅是顶尖高校里开创的实验室项目。现实生活中产业化越多,商业化越多,越能加快开发使用。
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