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科学家开发“生物共生设备”: 无需充电的3D打印定制可穿戴设备

2021-10-09 11:48 · 稿源: cnbeta

据外媒报道,用于监测从步数到心率的可穿戴传感器几乎无处不在。但是,对于测量老年人虚弱的开始、及时诊断致命的疾病、测试新药的疗效或跟踪专业运动员的表现等情况,需要医疗级的设备。亚利桑那大学的工程师已经开发了一种他们称之为 “生物共生设备”的可穿戴设备,它有几个前所未有的好处。

这些设备不仅是定制3D打印的,而且是基于穿戴者的身体扫描,而且它们可以使用无线电力传输和紧凑的能量存储的组合连续运行。由工程学院生物医学工程副教授和Craig M. Berge学院研究员Philipp Gutruf领导的团队周五在《科学进展》杂志上发表了其研究结果。

该大学BIO5研究所的成员Gutruf说:“目前还没有这样的研究,我们引入了一个全新的概念,即直接为一个人量身定制设备,并使用无线电源铸造,让设备全天候运行而不需要充电。”

定制的适合性使精确的监测成为可能

目前的可穿戴传感器面临各种限制。例如,智能手表需要充电,而且由于其在手腕上的位置,它们只能收集有限的数据。通过使用佩戴者身体的三维扫描,包括核磁共振、CT扫描,甚至是精心组合的智能手机图像,Gutruf和他的团队可以3D打印定制的设备,包裹在身体的各个部位。专业化传感器位置的能力使研究人员能够测量他们无法测量的生理参数。

"例如,如果你想要持续接近核心体温的东西,你会想把传感器放在腋窝里。或者,如果你想测量你的二头肌在运动中的变形方式,我们可以在设备中放置一个传感器,可以完成这个任务,"生物医学工程专业的博士生、论文第一作者塔克-斯图尔特说。"由于我们制造设备并将其固定在身体上的方式,我们能够用它来收集传统的、安装在手腕上的可穿戴设备无法收集的数据。"

由于这些 “生物共生设备”是为佩戴者定制的,它们也是高度敏感的。Gutruf的团队测试了该设备在一个人跳跃、在跑步机上行走和使用划船机时监测温度和应变等参数的能力。在划船机测试中,受试者佩戴了多个设备,对运动强度和肌肉变形的方式进行了细致的跟踪。这些设备足够精确,可以检测到走完一段楼梯所引起的体温变化。

Gutruf和他的团队并不是第一个将可穿戴设备用于跟踪健康和身体功能的人。然而,目前的可穿戴设备并不具备连续跟踪指标的能力,也没有足够的精度来做出有医学意义的结论。

研究人员使用的一些可穿戴设备是贴在皮肤上的贴片,但是当皮肤经过正常的脱落过程,或者有时当受试者出汗时,它们就会脱落。即使是临床上使用的高度精密的可穿戴设备,如心电图仪,也面临这些问题。此外,它们不是无线的,这严重限制了移动性。如果病人被拴在笨重的外部设备上,他们就无法进行正常的日常活动。

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