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- 新傳感器支持“智能尿布”，其他健康監(jiān)測器系列
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2023/2/7
賓夕法尼亞州立大學領導的一個研究小組在尿布的吸收層之間集成了四個濕度傳感器，以創(chuàng)建一個“智能尿布”，能夠檢測濕度并提醒變化。來源：Huanyu “Larry” Cheng/Penn State
�。‰m然嬰兒有一種自然的機制來提醒他們的父母他們需要換尿布，但賓夕法尼亞州立大學的研究人員開發(fā)的一種新傳感器可以幫助日托，醫(yī)院和其他環(huán)境中的工作人員為他們的費用提供更直接的護理。
這種新型傳感器 - 如此便宜和簡單，可以用鉛筆手繪到用氯化鈉處理過的紙上 - 可以為可穿戴的自供電健康監(jiān)測器掃清道路，不僅可以用于“智能尿布”，還可以預測心臟驟停和肺炎等主要健康問題。
“我們的團隊一直專注于開發(fā)能夠捕獲人類健康重要信息的設備，”賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學紀念副教授Huanyu “Larry” Cheng說。“我們的目標是及早預測疾病狀況和健康狀況，在為時已晚之前發(fā)現(xiàn)問題。
Cheng是發(fā)表在《納米快報》雜志上的一項新研究的主要作者，該研究描述了可靠的手繪電極傳感器的設計和制造過程。傳感器是用鉛筆創(chuàng)建的，畫在用氯化鈉溶液處理的紙上。水合傳感器對濕度變化高度敏感，可在 5.6% 至 90% 的寬相對濕度水平范圍內(nèi)提供準確的讀數(shù)。
程解釋說，對可穿戴傳感器的研究因其在醫(yī)療健康、災害預警和軍事防御方面的廣泛應用而獲得動力。他補充說，柔性濕度傳感器在醫(yī)療保健中變得越來越必要，用于呼吸監(jiān)測和皮膚濕度檢測等用途，但通過簡單、低成本的制造工藝實現(xiàn)高靈敏度和易于處置仍然具有挑戰(zhàn)性。
“我們想開發(fā)一些低成本的東西，人們會理解如何制造和使用 - 沒有比鉛筆和紙更容易獲得的東西，”中國河北工業(yè)大學人工智能學院教授李陽說�！澳悴恍枰恍﹥r值數(shù)百萬美元的設備來制造。您只需要能夠在處理過的紙上預先繪制的電極的線條內(nèi)繪制。它可以簡單快速地完成。
該設備利用紙張對濕度變化的自然反應方式，并使用鉛筆中的石墨與水分子和氯化鈉溶液相互作用。當水分子被紙吸收時，溶液被電離，電子開始流向鉛筆中的石墨，從而觸發(fā)傳感器，傳感器檢測環(huán)境中濕度的變化并向智能手機發(fā)送信號，智能手機顯示和記錄數(shù)據(jù)。
本質(zhì)上，在預處理線內(nèi)的預處理紙上繪制可創(chuàng)建小型化紙電路板。紙張可以用銅線和導電銀漿連接到計算機，作為環(huán)境濕度檢測器。對于無線應用，例如“智能尿布”和基于口罩的呼吸監(jiān)測，繪圖連接到一個微型鋰電池，該電池通過藍牙為智能手機的數(shù)據(jù)傳輸提供動力。
對于呼吸監(jiān)測器，研究小組將電極直接繪制在經(jīng)過溶液處理的面罩上。該傳感器很容易區(qū)分口呼吸和鼻子呼吸，并能夠?qū)θN呼吸狀態(tài)進行分類：深呼吸、規(guī)律呼吸和快速呼吸狀態(tài)。Cheng解釋說，收集的數(shù)據(jù)可用于檢測各種疾病的發(fā)作，例如呼吸停止和呼吸急促，并為智能物聯(lián)網(wǎng)和遠程醫(yī)療提供機會。
圖示顯示紙上鉛筆水合傳感器的制造和應用。示意圖顯示了（a）制造過程和（b）柔性鉛筆紙水合傳感器的響應機制，以及（c）在健康監(jiān)測，非接觸式開關和皮膚表征中的應用。學分：Huanyu “Larry” Cheng / Penn State
他補充說，呼吸頻率是一個基本的生命體征，研究表明它是各種病理狀況的早期指標，如心臟事件，肺炎和臨床惡化。它還可以指示情緒壓力源，如認知負荷、熱、冷、體力勞動和運動引起的疲勞。
與呼吸相比，人體皮膚的濕度變化較小，但研究人員仍然能夠使用鉛筆紙濕度傳感器檢測變化，即使在測試對象使用化妝水或鍛煉后也是如此。Cheng解釋說，皮膚是人體較多的器官，所以如果它沒有正確處理水分，這可能表明其他一些健康問題正在發(fā)生。
“不同類型的疾病狀況導致我們皮膚上的水分流失率不同，”他說�！案鶕�(jù)這些潛在條件，皮膚的功能會有所不同，我們將能夠標記并可能使用傳感器進行表征。
該團隊還在尿布的吸收層之間集成了四個濕度傳感器，以創(chuàng)建一個“智能尿布”，能夠檢測濕度并提醒變化。
“這個申請實際上是出于個人經(jīng)歷，”程說，他是兩個孩子的父親�！皼]有簡單的方法可以知道濕潤的程度，這些信息對父母來說可能真的很有價值。傳感器可以在短期內(nèi)提供數(shù)據(jù)，以提醒換尿布，也可以在長期內(nèi)顯示可以告知父母孩子整體健康狀況的模式。
Cheng解釋說，濕度傳感器的應用不僅僅是“智能尿布”和呼吸和汗水監(jiān)測。該團隊還將傳感器部署為非接觸式開關，它可以從手指的存在中感知空氣中的濕度變化，而無需手指接觸傳感器。該團隊使用非接觸式開關操作小型電梯，彈奏鍵盤并點亮LED陣列。
“手指上的原子不需要觸摸按鈕，它們只需要靠近表面來擴散水分子并觸發(fā)信號，”Cheng說�！爱斘覀兿氲轿覀儚拇罅餍兄袑W到的關于限制身體與共享表面接觸的必要性時，像這樣的傳感器可能是阻止?jié)撛谖廴镜闹匾ぞ摺！?br style="text-align: left; text-indent: 2em;"/>
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