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可穿戴生物传感器可能为个性化的健康和保健铺平道路

可穿戴生物传感器可能为个性化的健康和保健铺平道路
宾夕法尼亚州立大学的工程师正在使用计算能力和数据科学来研究可拉伸,灵活和可穿戴的设备,这些设备可能会导致健康和保健领域的创新。

庞大,嗡嗡作响的医院病房表明,监控患者的健康状况的同时,带来了很多不便和嘈杂。宾夕法尼亚州立大学的研究人员希望制造出生物传感器,以减少健康监测设备的体积,准确性和安全性。

Dorothy Quiggle工程学教授,计算和数据科学研究所的附属机构Larry Cheng说,关键是要使传感器具有可伸缩性和灵活性,使其可以轻松地与人体复杂的不断变化的轮廓集成在一起。他的实验室在设计可以做到这一点的传感器方面正在取得进展。

如果能够大规模实现既节能又可扩展的生物传感器,研究人员建议工程师将可穿戴设备放在身体上,甚至放置在身体里。这样的回报将是更智能,更有效,更个性化的医疗服务,并改善了健康决策能力,而无需使用笨重,嗡嗡作响的蜂鸣器和监视设备。

宾夕法尼亚州立大学和全世界的研究人员正在研究的一些想法包括可以结合生物传感器的可拉伸纺织品。基于纸的传感器也可能会被用于创建可监控伤口状态的智能绷带。临时纹身甚至可以结合生物传感器进行健康监测。例如,启用生物传感器的纹身可以为糖尿病患者提供其葡萄糖水平的即时估计。研究人员最近发布了他们对柔性和可拉伸生物传感器最新发展的分析。

更高的计算能力

宾州州立大学材料研究所的成员郑说,可以传输数据的天线是这些生物传感器思想的关键要素。但这不能是普通的天线。人体中的天线不仅需要在身体的极端条件下坚固耐用,而且还需要具有可伸缩性,因此它可以适合人体中各种器官和组织的轮廓。

创建那些可伸缩天线需要复杂的计算才能对传感器设计所能采取的所有不同变化建模,以确定最佳设计。他补充说,这意味着仅设计过程就需要大量的计算能力。

程说:“在研究这些想法时,我们探索了许多不同的模式和设计,但这可以创造更多的参数。这可能会成为一个问题,因为很难找到具有所有不同参数的正确设计。这就是为什么我们需要更多的计算能力。这种额外的计算能力可以帮助我们利用不同的参数并找出每个参数的效果,然后我们可以找出如何优化它们。”

该团队还希望了解随着设备形状的变化机械和电磁性能如何变化。

“我们需要利用计算资源来设计这种可扩展的高效天线,但更重要的是,借助这种可扩展天线,我们可以做很多事情,因为如果我们想找到这些传感器传输数据的地方,天线是您无法绕开的关键元素。”他说。

可穿戴生物传感器可能为个性化的健康和保健铺平道路
由于设计和参数有很多变化,工程师需要大量的计算能力才能为新的可穿戴技术选择最佳设计。信用:宾夕法尼亚州立大学

而只是更多的力量

下一步是寻找为传感器供电的方法。程说,目前的电池可能太大且太硬,无法为可以在人体上或人体中运行的传感器供电。他的实验室现在正在研究为生物传感器供电的新方法。

虽然我们可能认为必须将传感器插入能源中,但Cheng说我们实际上被天然和人造的能源(称为环境能源)所包围。

Cheng说:“我们现在的工作还集中在收集环境能量,其中包括Wi-Fi,即3-G,4-G或5-G,甚至是微波源。有了环境能量,它就一直在运转,无论您是否使用它,它都在那里。即使您睡觉时,它也在那里。如果我们不收集能量,那它就白白浪费了。”

研究人员的设计要求使用可伸缩的整流天线,即整流天线,它可以将电磁能转换为直流电。程说,这可能能够为设备供电,或为电池充电作为电源。

由于该设备可利用的能量范围更广,因此初步结果表明,研究人员的设计要比现有模型好10到100倍。

“如果我们仅以单一频率收集能量,那当然会使我们可以使用的能量最小化,但是通过在设备周围的宽频带上收集能量,将会提高效率,” Cheng说。

未来方向:弹出窗口和类器官

Cheng说,将来他的团队将继续从事生物传感器的研究,但他们还在研究生物传感器与类器官的潜在整合,类器官是人类培养的器官特异性组织,旨在模仿自然器官的功能。类器官可以用于医学测试。

他说:“动物试验在医学研究中经常被使用,但是在类器官中进行试验将为我们提供更多的道德选择。”

本文为作者 胡慧 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

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