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新型RFID传感器


可穿戴在身上的各种感应器,因为需要供电和传输数据,通常要么要拉电线、要么有沉重的电池和天线,这难免会影响配戴者的动作与发挥。近日,斯坦福大学的研究专家们发明了一个新的系统来解决这个困扰,通过无线 RFID 的方式,将「感应」和「传输」的部件分离开来。



斯坦福大学的工程师开发出了无线传感器,可贴在皮肤上以跟踪人们的健康状况。斯坦福工程师开发了实验贴纸,可以收集皮肤发出的生理信号,然后通过无线方式将这些健康数据发送到夹在衣服上的接收器上。它是BodyNet系统的所有组成部分。




(附着在手腕上的贴纸可随着人的皮肤移动而弯曲和伸展,将脉冲数据发送到夹在人的衣服上的接收器。)



我们倾向于认为我们的皮肤保护功能是理所当然的,忽略了它在发出微妙的信号,如:紧张时的心跳或者尴尬时的脸红。



现在,斯坦福大学的工程师已经开发出一种方法来检测从皮肤发出的生理信号,通过传感器(像创可贴一样贴在皮肤上),并无线传输到夹在衣服上的接收器上。



(研究人员使用金属墨水将天线和传感器丝网印刷到可伸展的贴纸上,该贴纸设计用于粘附皮肤,跟踪脉冲和其他健康指示器,并将这些数据发送到衣服上的接收器。)



为了展示这种可穿戴技术,研究人员将传感器固定在一个测试对象的手腕和腹部,通过检测他们的皮肤如何随着每次心跳或呼吸而伸展和收缩来监测人的脉搏和呼吸。同样地,人的肘部和膝盖上的贴纸通过在每次相应的肌肉弯曲时测量皮肤的微小收紧或松弛来跟踪手臂和腿部运动。


团队的目标与想法


化学工程教授Zhenan Bao在8月15日发表在Nature Electronics上的文章描述了这个系统。她认为这种被称之为“BodyNet”的可穿戴技术,将首先应用于医疗环境,如监测睡眠障碍患者或心脏病患者。她的实验室已经开始尝试开发新的贴纸来感知汗液和其他分泌物,以跟踪体温和压力等变量。她的最终目标是创造一系列无线传感器,这些传感器贴在皮肤上,与智能服装配合使用,可以比消费者当今使用的智能手机或手表更准确地跟踪各种健康指标。



“我们认为:终有一天,我们有可能创建一个全身皮肤传感器阵列来收集生理数据,而不会干扰一个人的正常行为”,工程学院的教授鲍说道。



博士后学者Simiao Niu和Naoji Matsuhisa领导14人团队花了三年时间设计了这个传感器。他们的目标是开发一种穿着舒适且没有电池或刚性电路的技术,以防止贴纸拉伸和收缩皮肤。



他们的最终设计通过RFID的变化来满足这些参数。射频识别:用于控制无钥匙进入锁定房间的技术。当一个人持有身份证到RFID接收器时,身份证中的天线会从接收器中收集一小部分RFID能量,然后使用它生成一个代码,然后将其发送回接收器。



系统原理与难点


BodyNet贴纸类似于ID卡:它有一个天线,可以从服装上的接收器收集一些RFID能量,为其传感器供电。然后它从皮肤读取数据并将它们发送回附近的接收器。


为了使无线贴纸更好的工作,研究人员不得不制造出一种可以像皮肤一样伸展和弯曲的天线。他们通过在橡胶标签上丝网印刷金属墨水来做到这一点。然而,每当天线弯曲或伸展时,这些运动使其信号减弱且不稳定,或者无效。


为了解决这个问题,斯坦福大学的研究人员开发了一种新型的RFID系统,即使在不断波动的情况下也可以向接收器发出强大而准确的信号。然后,电池供电的接收器使用蓝牙定期将数据从贴纸上传到智能手机,计算机或其他永久存储系统。





贴纸的初始版本依靠微型运动传感器来进行呼吸和脉冲读数。研究人员正在研究如何将汗液,温度和其他传感器集成到天线系统中。


为了将他们的技术从临床应用转移到消费者友好型设备,研究人员需要克服另一个挑战:保持传感器和接收器彼此靠近。在他们的实验中,研究人员将接收器夹在每个传感器上方的衣服上。一对一的传感器和接收器配对,可以很好地用于医疗监测。但是为了创建一个人们可以在锻炼时佩戴的BodyNet,无论人们在哪里粘贴传感器,必须将天线编织成衣服以接收和传输信号。



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