導讀

據美國斯坦福大學官網近日報道，該校研究人員開發出一種實驗性的貼紙，它可以采集來自皮膚的生理信號，然后將這些健康讀數無線發送至夾在衣服上的接收器。

背景

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

創新

近日，美國斯坦福大學的工程師們開發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，它可以像創可貼一樣貼在身上，無線發送讀數至夾在衣服上的接收器。

（圖片來源：鮑哲南實驗室）

為了演示這項可穿戴技術，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，來監測個人的脈搏與呼吸。同樣，通過測量每次相應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動。

美國斯坦福大學化學工程系教授鮑哲南（Zhenan Bao）的實驗室在一篇于8月15日發表在《自然·電子學（Nature Electronics）》期刊上的論文中描述了這個系統，認為這項他們稱為“身體網（BodyNet）”的可穿戴技術，將首先應用于醫療環境中，例如監測睡眠障礙或心臟病病人。她的實驗室已經在嘗試開發新型貼紙，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。她的最終目標就是創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，從而比消費者現今使用的智能手機或者手表更加精準地追蹤各種各樣的健康指標。

鮑教授表示：“我們認為，有朝一日，我們將可能會創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據。”

技術

博士后學者 Simiao Niu 和 Naoji Matsuhisa 領導了14個人的團隊，花費三年時間設計這種傳感器。他們的目標就是開發一項可舒適穿戴、不含電池或者其他剛性電路的技術，防止貼紙影響皮膚拉伸和收縮。

他們最終的設計通過一種類似RFID（射頻識別）的技術來滿足這些參數。RFID技術，通常用于控制無鑰匙地進入上鎖房間。當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，然后發回給接收器。

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

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印刷金屬油墨來做到這一點。然而，無論何時天線彎曲或者拉伸，這些運動都會使其信號太微弱或者不穩定，以至于無法使用。

（圖片來源：鮑哲南實驗室）

為了解決這個問題，斯坦福大學的研究人員開發了一種新型RFID系統，它可以發送強烈且準確的信號給接收器，盡管持續波動。然后，這種電池供電的接收器采用藍牙來周期性地從貼紙向智能手機、電腦或者其他永久存儲系統上傳數據。

貼紙的初始版本依賴于微型運動傳感器來記錄呼吸和脈搏讀數。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中。

為了讓他們的技術超越臨床應用并進入消費者友好的裝置，研究人員需要克服另外一項挑戰，讓傳感器和接收器相互靠近。在他們的實驗中，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，在醫療監測方面會有很好的效果，但是創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。