科學(xué)家開發(fā)“生物共生設(shè)備”： 無(wú)需充電的3D打印定制可穿戴設(shè)備

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用于監(jiān)測(cè)從步數(shù)到心率的可穿戴傳感器幾乎無(wú)處不在。但是，對(duì)于測(cè)量老年人虛弱的開始、及時(shí)診斷致命的疾病、測(cè)試新藥的療效或跟蹤專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)等情況，需要醫(yī)療級(jí)的設(shè)備。亞利桑那大學(xué)的工程師已經(jīng)開發(fā)了一種他們稱之為 “生物共生設(shè)備”的可穿戴設(shè)備，它有幾個(gè)前所未有的好處。

這些設(shè)備不僅是定制3D打印的，而且是基于穿戴者的身體掃描，而且它們可以使用無(wú)線電力傳輸和緊湊的能量存儲(chǔ)的組合連續(xù)運(yùn)行。由工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程副教授和Craig M. Berge學(xué)院研究員Philipp Gutruf領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)周五在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了其研究結(jié)果。

該大學(xué)BIO5研究所的成員Gutruf說(shuō)：“目前還沒(méi)有這樣的研究，我們引入了一個(gè)全新的概念，即直接為一個(gè)人量身定制設(shè)備，并使用無(wú)線電源鑄造，讓設(shè)備全天候運(yùn)行而不需要充電�！�

定制的適合性使精確的監(jiān)測(cè)成為可能

目前的可穿戴傳感器面臨各種限制。例如，智能手表需要充電，而且由于其在手腕上的位置，它們只能收集有限的數(shù)據(jù)。通過(guò)使用佩戴者身體的三維掃描，包括核磁共振、CT掃描，甚至是精心組合的智能手機(jī)圖像，Gutruf和他的團(tuán)隊(duì)可以3D打印定制的設(shè)備，包裹在身體的各個(gè)部位。專業(yè)化傳感器位置的能力使研究人員能夠測(cè)量他們無(wú)法測(cè)量的生理參數(shù)。

"例如，如果你想要持續(xù)接近核心體溫的東西，你會(huì)想把傳感器放在腋窩里�；蛘�，如果你想測(cè)量你的二頭肌在運(yùn)動(dòng)中的變形方式，我們可以在設(shè)備中放置一個(gè)傳感器，可以完成這個(gè)任務(wù)，"生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的博士生、論文第一作者塔克-斯圖爾特說(shuō)。"由于我們制造設(shè)備并將其固定在身體上的方式，我們能夠用它來(lái)收集傳統(tǒng)的、安裝在手腕上的可穿戴設(shè)備無(wú)法收集的數(shù)據(jù)。"

由于這些 “生物共生設(shè)備”是為佩戴者定制的，它們也是高度敏感的。Gutruf的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了該設(shè)備在一個(gè)人跳躍、在跑步機(jī)上行走和使用劃船機(jī)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和應(yīng)變等參數(shù)的能力。在劃船機(jī)測(cè)試中，受試者佩戴了多個(gè)設(shè)備，對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和肌肉變形的方式進(jìn)行了細(xì)致的跟蹤。這些設(shè)備足夠精確，可以檢測(cè)到走完一段樓梯所引起的體溫變化。

Gutruf和他的團(tuán)隊(duì)并不是第一個(gè)將可穿戴設(shè)備用于跟蹤健康和身體功能的人。然而，目前的可穿戴設(shè)備并不具備連續(xù)跟蹤指標(biāo)的能力，也沒(méi)有足夠的精度來(lái)做出有醫(yī)學(xué)意義的結(jié)論。

研究人員使用的一些可穿戴設(shè)備是貼在皮膚上的貼片，但是當(dāng)皮膚經(jīng)過(guò)正常的脫落過(guò)程，或者有時(shí)當(dāng)受試者出汗時(shí)，它們就會(huì)脫落。即使是臨床上使用的高度精密的可穿戴設(shè)備，如心電圖儀，也面臨這些問(wèn)題。此外，它們不是無(wú)線的，這嚴(yán)重限制了移動(dòng)性。如果病人被拴在笨重的外部設(shè)備上，他們就無(wú)法進(jìn)行正常的日常活動(dòng)。