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2023-01-31
帝國理工學院新研究：將傳感器織進T恤和口罩，用于檢測呼吸心率
更新時間：2022-09-27 12:05:45作者：智慧百科
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智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 | 曹玉蓓
編輯 | Panken
智東西9月26日消息，根據(jù)Tech Xplore報道，倫敦帝國理工學院的研究人員最近在T恤和面罩中嵌入了新的低成本柔性傳感器。目前，這項技術的潛在應用場景涵蓋了從監(jiān)測運動、睡眠、氨氣，到通過呼吸和生命體征診斷、監(jiān)測疾病。
與其他可穿戴設備中的傳感器所不同的是，這款柔性傳感器保留了織物的固有特性，如耐磨性、透氣性和可以接觸皮膚，觸感更好。
一、基于棉制造柔性傳感器，1元生產(chǎn)1米，讓制造、成本不是問題
這款傳感器是由一種名叫PECOTEX導電線紡織而成，而PECOTEX則是由倫敦帝國理工學院基于棉開發(fā)完成的，每生產(chǎn)1米長的這種PECOTEX導線，成本可以低至0.15美元（折合1.07人民幣）。
PECOTEX可以做到將十幾個傳感器無縫紡織到衣服里，在設計時，研究人員已經(jīng)注意到讓PECOTEX與行業(yè)標準的電腦紡織機相兼容，便于之后的紡織制造。
PECOTEX導電線論文的第一作者、倫敦帝國理工學院生物工程系的博士候選人Fahad Alshabouna說：“服裝面料作為一種柔性的介質(zhì)，可以使我們研發(fā)的傳感器得到更廣泛的應用，并且，我們已經(jīng)解決了生產(chǎn)上的大部分問題，讓這種傳感器生產(chǎn)起來更方便，這也意味著，當擴大制造規(guī)模后，市場或許會迎來新一代的基于服裝的可穿戴設備。”
該團隊的研究人員們將傳感器織在口罩中用來監(jiān)測呼吸，將傳感器織在T恤里以監(jiān)測心臟活動，將傳感器織在各種家居紡織品中以監(jiān)測氨等氣體，從呼吸中監(jiān)測是否混合了氨的成分，來監(jiān)測人們的肝腎功能。據(jù)了解，開發(fā)氨傳感器，目的也是為了測試氣體傳感器是否也可以和紡織也進行很好的融合。
Fahad補充說：“我們已經(jīng)展示了在監(jiān)測心臟活動、呼吸以及傳感氣體方面的應用。未來的潛在應用場景包括了疾病的診斷、監(jiān)測和治療上，還可以用于電池、加熱器和抗靜電的服裝里?！苯刂聊壳?，該研究已經(jīng)發(fā)表在了《今日材料》上。
二、如何讓可穿戴傳感器變得更完美？需要一款合適的導電線
如今可穿戴傳感器并不是一件稀奇事兒，抬頭一看，可能就會發(fā)現(xiàn)辦公室里某位同事手腕上正戴著一款智能手表，這些硬件上的傳感器是以非侵入的方式持續(xù)監(jiān)測身體健康和各方面狀況。
即便它們的普及率已經(jīng)達到今天這種程度，這類可穿戴設備上的傳感器仍然存在著一個“硬傷”，即依然沒有尋到一款合適的導電線，這也是無縫集成到衣服中的可穿戴傳感器尚未在市場上廣泛使用的原因所在。
為了和目前市場上的銀基導電線做對比，研究人員將傳感器織入衣服時以及織入后的情況，和銀基導電線傳感器進行了對比測試。
▲ PECOTEX與銀基線 對比圖
織入過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，PECOTEX更可靠，且不易斷裂，這種特性使得PECOTEX可以紡織很多層，從而可以讓研究人員有更多的發(fā)揮空間研究出更復雜的傳感器類型?？椚牒螅琍ECOTEX的電阻比銀基線更低，也就是說，PECOTEX在導電方面表現(xiàn)更好。除此之外，PECOTEX這種材料還可以在30°C的溫度下進行機洗。
關于PECOTEX這篇論文的主要作者Firat Güder博士，是倫敦帝國理工學院生物工程系的副教授，此前在哈佛大學生物化學系George M. Whitesides教授課題組從事研究工作，他說道：“PECOTEX性能強大，延伸性好，可以適應更多的需求，使用家用和工業(yè)電腦紡織機也可以進行低成本大批量生產(chǎn)。目前，我們正在研究在日常服裝中加入這種可穿戴傳感器，以期打開更多的可能性。PECOTEX已經(jīng)可以完成無縫紡織，用來監(jiān)測呼吸、心率和氣體，在未來，可能還會用來輔佐診斷和監(jiān)測疾病的治療?！?/p>
結語：柔性傳感器的技術發(fā)展空間大，落地方向廣闊
倫敦帝國理工學院的研究員們，在接下來將探索個性化醫(yī)療的儲能問題、能量收集問題，以及生化傳感這樣的新應用領域，并尋找商業(yè)化合作伙伴。
而PECOTEX目前已經(jīng)具備的優(yōu)勢是初步解決了新技術面臨的一大困擾，即生產(chǎn)成本問題，在設計之初，研究員們也已經(jīng)讓PECOTEX與行業(yè)標準的電腦紡織機相兼容，在生產(chǎn)成本問題之上，研究員們也在力圖解決生產(chǎn)便捷性的問題。
此外，考慮到柔性傳感器更加便捷，舒適感更強，中國在這一塊也并沒有落下。
由于柔性傳感器的研發(fā)，是紡織專業(yè)和電子工程相關專業(yè)學科交叉碰撞后的結果，所以在進展上，紡織歷史悠久的中英兩國進展也都比較快。國內(nèi)的一家企業(yè)——棉捷科技在2014年就推出了自己研發(fā)生產(chǎn)的bodyta纖維傳感器，在具有紡織品貼身無感、任意彎曲、可洗滌等特性的同時，能完成心電、腦電、壓力、張力等信號的感知、傳導、計算和控制。
如今，棉捷科技的bodyta纖維傳感器技術已被小米等AIoT公司應用在了心電衣、床、人體工學椅等身體數(shù)據(jù)智能設備中。而在未來，PECOTEX的團隊成員們或許也會逐漸將自己的技術植入到更多的產(chǎn)品中。
來源：Tech Xplore