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详扒可穿戴设备的7大类传感器

大亦?? 2016年04月18日 ?? 收藏2
可穿戴设备早就已经不新鲜了,现在大概人人家里都有个手环了,手环可以计步,可以测量心率,现在大家还希望这些可穿戴设备还能监测身体的其他指标,包括汗液、温度、睡眠、卡路里、GPS、血压、UV紫外线和血糖水平等等,这些东西都可以利用传感器来进行监测。今天小编就来整理下都有哪些传感器能够帮助监测这些数据。

心率

心率是衡量运动效果,控制运动量的最有效标准。在心率监测领域,最准确的应该是心率带,但在现在这个“颜值”社会中,又便宜又准确的心率带已out,取而代之的是各类手环和手表。

关于监测心率的传感器,EDN之前整理过一篇很详细又很易懂的文章:

盘点可穿戴产品中,哪种心率监测方法最流行?

大家可以去看下这篇文章,这里就不多做描述了。

汗液

出汗是一件很平常的事,小编只知道人们常说出汗能释放出身体的毒素。你是不是也觉得汗液除了有些盐分就没什么特别的了?其实不然,汗水里包含着许多科学密码。那可穿戴设备怎么能忽略了汗液这么重要的一个百宝箱呢。下面就搜罗下目前出现的专门针对汗液监测的传感器。

(1)初创公司开发的生物传感器技术。

有家初创公司Electrozyme展示了一项生物传感器技术,它能从你的汗水中,读取化学信息,检测身体在运动过后的反应。

这项技术的工作原理是这样的:将生物传感器技术集成在一块小的贴片中,然后紧贴皮肤上,就能够检测汗液中的能表明你身体状况的生物标记,例如电解质,钠,乳酸,蛋白质。而且,Electrozyme公司还提供算法软件来分析这些生物标记数据,进而为你的运动锻炼提供更针对性专业性建议。

图1

(2)加州大学伯克利分校工程师开发的新型可穿戴设备传感器。

加州大学伯克利分校工程师开发出一种新型可穿戴设备传感器,它可以监测汗液中的代谢物和电解质,但是需要结合智能手环的其他如体温数据,才能判别用户是否出现疲劳或脱水的情况。

从目前官方的介绍资料来看,这款汗液传感器体积有点庞大,而且需要配合发带或者腕带使用。

图2

现阶段这款传感器仅局限于测量汗液数据,不过据说未来还可以追踪任何身体上液体的数据。例如说,当你生病或者受伤的时候,能够立刻发现自己相应的体液分析数据出现异常。

(3)美国柏克莱加州大学工程师开发的柔性可穿戴传感器。

美国柏克莱加州大学的电机工程师Ali Javey和他的同事开发了一款柔性可穿戴传感器,这款设备可以帮助人们实时监测脱水和疲劳等的状况。

图3

Javey和他的同事利用柔性塑胶基底和柔性电路板做了一个原型机,并成功收集葡萄糖、乳酸盐、钠、钾的信息以及受测对象的体温,传感器将数据实时传输到智能手机。

由于技术仍有待完善,这类可穿戴设备还需要一段时间才能正式走向市场。

睡眠

小编觉得睡眠真的很重要,睡不好,第二天上班绝对是奔溃的状态。现在的可穿戴设备可提供睡眠质量的监测,然后通过这些监测数据提出改进的建议。目前市面上用的比较多的监测睡眠质量大多数都是智能手环、手表。

(1)平铺式睡眠监测带。这个不能算是可穿戴设备,但是小编觉得这种睡眠监测器采用带状设计,不需要佩戴,看起来挺方便的。这个睡眠监测带简单来说就是一条布满传感器的长带子,一头连接电源,然后平铺在床上就可以了。

图4

但是目前市面上的睡眠监测带的长度不够,无法横穿整张床,如果你翻身到床的另外一边,就失去了睡眠监测的意义了;而且,睡眠监测带很容易产生褶皱和移位,导致监测数据不准确。

(2)智能手环、手表通过体动记录仪(Actigraphy)来分析睡眠状态。简单来说,就是智能手环上会有一个传感器,在你睡眠的时候根据手腕的动作幅度和频率来衡量睡眠的质量。

图5

通过体动记录仪监测人的动作,以系统的计算方式进行累计计算,每2分钟记录一次合计值,与此同时的姿势数据得到记录,通过计算来判断睡眠状态。

深度睡眠的时候人的肌肉会松弛,并且肢体不会产生较大的运动,甚至不会动;而浅睡眠的时候,人体会产生一定的轻微运动。智能手环通过监测手腕的运动状态,在夜间由轻运动模式慢慢的转变到不动,来判断处于熟睡状态,这里需要使用计算引擎,接着再根据每个人的睡眠周期,判断每个睡眠周期的结束和开始,以此来计算出深度睡眠时间。

包括Fitbit Flex手环在内,都是使用Actigraphy这个传感器来分析睡眠状态的。

(3)贴在心脏附近的胸膛上使用的新型可穿戴睡眠追踪设备。

图6

这款临床消费者可穿戴设备需要贴在心脏附近的胸膛上使用,同时还需要在肋骨往下一点附上短电线的电极。他可以测量心律(ECG),呼吸量和打鼾(通过组织振动),甚至还能区分用户的睡觉姿势。同时可以计算心率和呼吸频率的关系从而计算出用户的心扉耦合,这个指标可以判断用户是否出现呼吸中断的情况。消费者睡醒之后,可以将数据上传到相应网站,然后查看晚上的睡眠分解情况:稳定睡眠阶段和不稳定睡眠阶段、REM快速眼动睡眠、鼾声测量、体位和睡眠中断情况。

一般生物医学领域中认为睡眠状态往往和脑电Alpha波等电生理信号相关,而这些信号的获取往往需要使用者佩戴头皮电极等传感器,同时要结合放大器滤波器等进行一系列前端处理。所以小编觉得手环、手表或者是睡眠监测带应该都不能算超级准确啊。

血糖

现在全球糖尿病患者的人数正在不断上升,每19个人中就有一位是糖尿病患者。糖尿病还伴随着一系列高风险的并发症,如果长期血糖水平维持在很高的情况下,还会损害人的眼睛、shen脏甚至是心脏。糖尿病患者每天都要与糖尿病进行斗争,不仅要在饮食上控制糖分的摄入,还要不停的检测自己的血糖水平。但是目前的血糖测试主要通过采集手指血的方式进行,这种方法会有一定疼痛,挺多人不愿意经常接受检测。目前有些可穿戴设备可以利用非侵入性的检测方法来监测血糖。

(1)通过皮肤汗液来检测血糖的石墨烯材质可穿戴设备石墨烯材质可穿戴设备。

石墨烯是柔性导电材料,透明、轻薄、柔韧性极强,但石墨烯的合成方法限制其不能在电化学装置中用来测量生化标的物,例如酸碱度、离子和生物分子等。而这几种生化标的物是从汗液中测试血糖水平的关键。韩国基础科学研究所研究人员改变了合成方法,在石墨烯中添加金颗粒,并把它与一个金质的网状结构结合,制出一个柔韧的半透明贴片,贴片上嵌有多个微型传感器,能检测湿度、血糖、酸碱度和温度。患者只需把它贴在手腕上就能进行血糖检测。

(2)纹身贴纸无痛测血糖。

加州大学圣迭戈分校的纳米工程师团队开发了一款新的可穿戴计算设备。这款设备中包含小型传感器,而纹身贴纸上通过丝网印刷技术印有特定形状的电极。通过在皮肤上施加特定的电压,该设备能够从皮肤中提取体液,而含有特定酶的传感器能够据此测量血糖浓度。

图7

(3)实时监测血糖的Google智能隐形眼镜。

图8

该隐形眼镜采用两层柔软的镜片材料,中间植入无线芯片和微型葡萄糖传感器,因此其镜片可测量用户泪液中的葡萄糖含量。而且据说Google还会在眼镜中嵌入超微小的LED指示灯,如果患者的血糖过高或者过低,LED就会变亮以提醒。

至于隐形眼镜的充电问题,谷歌称眼镜中某种物质和眼泪中血糖发生反应时产生的电流,足以保证隐形眼镜的日常用电量。而且在当隐形眼镜与设备无线连接传输数据时,眼镜也可以通过无线进行充电。目前眼镜的无线传输距离为8厘米,谷歌称这种低功耗的传输对人体无害,而且每秒20比特的传输速度也够用。

下一页:血压、温度、紫外线监测

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