基于智能柔性傳感的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺
大健康是未來世界發(fā)展的趨勢,在未來10年內(nèi)將產(chǎn)生10萬億美元的產(chǎn)業(yè)。我國在近期提出的健康中國,著眼于擴(kuò)大在線健康服務(wù),依托大數(shù)據(jù)提出診斷和治療建議,實現(xiàn)大社區(qū)健康管理與大健康服務(wù)。實現(xiàn)這一體系的關(guān)鍵,在于各種柔性電子、傳感器技術(shù),與物聯(lián)網(wǎng)、云通信技術(shù),以及大數(shù)據(jù)與人工智能相結(jié)合。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對于健康的重視程度越來越高,在皮膚表面進(jìn)行檢測人們身體健康狀況的柔性傳感器,是未來電子科技發(fā)展的一個重要方向,將會有巨大的市場前景。在以智能手機(jī)為主體的電子元器件的開發(fā)日益盛行,開發(fā)一種柔性智能傳感器,舒服的貼在皮膚表面,這種傳感器既能夠檢測人們生命體征(如血壓、心跳、體溫、血糖等)的變化,又能夠無線連接手機(jī)。醫(yī)院的醫(yī)生能夠通過互聯(lián)網(wǎng)、云通訊、分布式的監(jiān)測和管理每個病房的病人的身體狀況,既節(jié)省大量人力時間成本,又能夠及時的檢測到病人的生命體征變化;結(jié)合無線互聯(lián)網(wǎng)、云通訊,能實現(xiàn)分布式醫(yī)護(hù),虛擬空間管理;與大數(shù)據(jù)與人工智能結(jié)合,進(jìn)行智能健康管理,實現(xiàn)智慧醫(yī)療(圖1)。 圖1 基于柔性傳感器的智慧醫(yī)療系統(tǒng) 本項目主要應(yīng)用生物相容的蠶絲材料作為傳感單元主要組成部分,以無線藍(lán)牙模塊與無源RFID標(biāo)簽作為人機(jī)數(shù)據(jù)交互單元,以大數(shù)據(jù)為手段對平臺進(jìn)行管理,瞄準(zhǔn)柔性電子與智能大數(shù)據(jù)前沿領(lǐng)域,具有重要的科學(xué)意義。具體如下: (1)柔性電子皮膚等智能傳感新技術(shù)與器件開發(fā) 近年來,蠶絲等柔性材料作為醫(yī)用生物材料漸漸進(jìn)入人們的視線,具有良好的生物相容性和極佳的力學(xué)性能。以此為基礎(chǔ)開發(fā)柔性電子制造技術(shù),通過柔性材料的光刻、打印等加工技術(shù),制備傳感單元。 (2)人體傳感信號實時監(jiān)測的云系統(tǒng)的開發(fā) 通過建立皮膚表面?zhèn)鞲衅鳠o線信號傳輸技術(shù),實現(xiàn)體溫、心跳等信號的遠(yuǎn)程監(jiān)測,符合國家精準(zhǔn)醫(yī)療精神。通過云系統(tǒng)可對老年社區(qū)、醫(yī)院等場所進(jìn)行智能化、集成化的監(jiān)控,實現(xiàn)健康的大數(shù)據(jù)管理。除此以外,也可實現(xiàn)個體的遠(yuǎn)程診療體系。向“健康中國2030”靠攏,依托大數(shù)據(jù)提出診斷和治療建議。 (3)將系列傳感器材料制備技術(shù)與無線信號傳輸云平臺結(jié)合,實現(xiàn)個人和醫(yī)院的對自身和病人的健康指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和管理。以此無線體征檢測的平臺框架為基礎(chǔ),后續(xù)又可以引入更多傳感與控制體系,適應(yīng)場景的多樣化。 二、前期研究基礎(chǔ) (1)模仿神經(jīng)元突觸的蠶絲憶阻器 在神經(jīng)系統(tǒng)中,當(dāng)神經(jīng)沖動從軸突傳導(dǎo)到末端時,Ca2+離子大量涌入突觸前膜引起遞質(zhì)的分泌,從而改變突觸后膜的導(dǎo)電性。我們通過仿生該過程,利用Ag+離子在外加電場作用下WK@AuNCs蠶絲蛋白薄膜的遷移行為來模擬阻值漸變和阻值記憶的過程。其電學(xué)特性表明其具有獨特的突觸特性,并具有突觸學(xué)習(xí)能力。 (2)蠶絲基應(yīng)力傳感器—柔性電子皮膚 人體電子皮膚傳感器是未來傳感器發(fā)展的新方向之一,超薄超柔的特性使其可以在人體幾乎難以察覺異狀的情況下,完成多種生理指標(biāo)的采集。我們通過研制柔性壓力傳感器,已在運(yùn)動檢測、發(fā)聲檢測、脈搏檢測等方面開展了大量研究。 (3)纖維傳感器 可穿戴設(shè)備在未來智能裝備領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,而我們平時穿戴的衣物均是由纖維編織而成,智能穿戴設(shè)備設(shè)計的最高境界為對其本身必須的纖維材料的功能化。我們通過對纖維材料進(jìn)行改造和設(shè)計,制備除了纖維狀溫度、壓力傳感器。對纖維傳感器進(jìn)行編織可實現(xiàn)多維度傳感,并可適應(yīng)多種場景,這項工作與傳統(tǒng)紡織行業(yè)結(jié)合開創(chuàng)了尖端智能科技研究新領(lǐng)域。
廈門大學(xué)
2021-04-11