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给皮肤贴个“创可贴”就能检测身体健康信号,如何?|技术前沿洞察
作者: 发布日期:2019-08-21

原标题:给皮肤贴个“创可贴”就能检测身体健康信号,如何?|技术前沿洞察

更多精彩,请关注硅谷洞察官方网站:www.svinsight.com

大家好,一周科技前沿又来了!无论斯坦福大学鲍哲南教授对皮肤检测人体健康信号的尝试,还是海外高校对“电动船”、无人机在医疗领域等一系列尝试,都有趣且有意义,赶紧跟硅谷洞察(原硅谷密探,ID:guigudiyixian)来看!

美国高校

斯坦福大学开发无线贴纸,可贴在皮肤上以跟踪健康状态

通常,我们认为皮肤只有保护功能。但其实皮肤可以传递很多关于人的状态的微妙信号,如心脏跳动,或情绪的变化等。

(图自: 斯坦福大学官网)

斯坦福大学的研究人员已经开发出一种方法,来检测皮肤发出的生理信号。研究人员将传感器部署到可伸展的贴纸上,贴纸像创可贴一样粘在人们的皮肤上,并且其搜集的数据可以无线的传送给夹在衣服上的接收器上。

例如,研究人员将传感器固定在一个测试对象的手腕和腹部,通过检测他们的皮肤如何随着每次心跳或呼吸伸展和收缩,来监测人的脉搏和呼吸。

斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南8月15日在Nature Electronics上发表的文章中介绍了这个系统。鲍教授认为,这种可穿戴技术(BodyNet)将首先用于医疗,如监测睡眠障碍患者或心脏病患者。但是,她的实验室也已在开发感知汗液和其他皮肤分泌物的贴纸,以跟踪体温和压力等变量。

鲍教授的目标是研发一系列无线传感器,贴在皮肤上与智能服装配合使用,可以比消费者当今使用的智能手机或手表更准确地跟踪各种健康指标。

感兴趣的可以点击原文查看:

https://news.stanford.edu/2019/08/16/wireless-sensors-stick-skin-track-health/

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哈佛大学科学家发明“轻功”短裤,让走路跑步更加轻松

该机器短裤哈佛大学Wyss研究所与其他几个科研机构合作设计并制造,应用了软性机器人技术,并由人体生物机制启发。该机器短裤不是用于举重或打架,而是用于使得走路和跑步更容易。

如图所示,短裤下背部有一个机械装置,腿上有绑带,用于辅助腿部伸展运动。而短裤配备计算机(和神经网络算法)检测佩戴者身体的运动,确定步态的类型以及腿部当前所处的步态的哪个阶段。基于算法,机器短裤给予腿部助力,让腿部运动变得更容易。

(图自:Techcrunh官网)

在测试中,该机器短裤使测试者走路产生的代谢负荷减少了9.3%,跑步产生的代谢符合减少了4%。未来,该机器短裤及其类似解决方案可以帮助行动不便的老人从椅子上站起来,或帮助遭遇交通事故而造成残疾的人的,走得更远,更少腿部疲劳。

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https://techcrunch.com/2019/08/15/these-robo-shorts-are-the-precursor-to-a-true-soft-exoskeleton/

狗型机器人正在诞生,将协助警察,军队和安保人员

如果你将Apple的Siri和亚马逊的Alexa与Boston Dynamic的四头机器人结合起来,你会得到什么?你会得到“Astro”,四足视听智能机器人。

来自佛罗里达大西洋大学机器感知和认知机器人实验室(MPCR)的科学家在正在研发一个独一无二的狗型机器人,它将拥有3D打印的,类似杜宾犬的头部,和(计算机化的)大脑。

这款100磅重的“训练中的小狗”可回应“坐下”,“站立”和“躺下”等简单命令,也能够在粗糙的地形中进行导航并应对危险情况,以防止人类和动物受到伤害。

Astro将配备十几个传感器,内含光学,声音,气体甚至雷达等信息,使用经验数据库快速查看和搜索数据库中的数千个面孔,闻到空气以检测异物,听到并响应落在人类听觉范围之外的遇险呼叫,并快速做出决定。

作为一名信息侦察员,Astro的主要任务将包括检测枪支,爆炸物和枪支残留物,以协助警察,军队和安保人员。他还可以视力障碍者提供服务,或提供医疗诊断监测。MPCR团队还在培训Astro参与飓风检测和军事演习等。

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https://techxplore.com/news/2019-08-astro-robot-dog.html

用碳纳米管纤维线给心脏搭桥,恢复受损心脏的导电性

莱斯大学和德克萨斯心脏研究所的正在合作开发一种方法,将碳纳米管纤维用作电桥,以恢复受损心脏的导电性。

德克萨斯心脏研究所(THI)的科学家报告说,他们使用莱斯大学发明的碳纳米管纤维进行的研究表明,将这些纤维直接缝合到受损组织中,可以恢复心脏的电功能。由碳纳米管制成的薄而柔韧的纤维现已证明能够桥接受损的心脏组织并提供保持心脏跳动所需的电信号。

研究者表示,这种方法实际上是通过创建一个桥梁来绕过心脏损伤的伤口区域,来纠正心脏最大的主要泵房的病变传导。实验表明,这种将末端剥离作为电极的无毒聚合物涂层纤维,在大型临床前模型和啮齿动物的数月的测试中,都显示可以有效恢复心脏的电功能,无论初始传导是否减慢,切断或被阻塞。并且,无论是否有起搏器,这些纤维都能达到目的。

“目前没有技术可以治疗导致猝死的第一大原因——室性心律失常,”研究者说。“这种心律失常是由心脏下腔室的脉冲组织紊乱引起的,并且在心脏病发作后。患者或因充血性心力衰竭或扩张型心肌病等其他疾病引起的疤痕心脏组织治疗时难以治疗。”

因为心脏在不断地搏动和移动,因此使用在心脏上的材料需要非常强的柔韧性;同时,良好的界面接触对于拾取和传递电信号也至关重要。

过去,必须结合多种材料才能获得这两种特性,而这些碳纳米管可以直接通过设计实现这两个特性,大大简化了设备结构,降低了因为材料涂层造成的长期失效风险。

尽管目前有许多有效的抗心律失常药物,但在心脏病发作后患者常常被禁止使用这些药物。在治疗上,只有传导才能真正解决问题。碳纳米管纤维不仅具有金属的导电性能,并且足够灵活,可以精准地将能量传递到受损心脏的特定区域。

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https://news.rice.edu/2019/08/13/damaged-hearts-rewired-with-nanotube-fibers-2/

金属玻璃生物材料有望改变未来的植入型医疗器械

人造关节、血管支架等植入型医疗器械对于患者来说非常重要,但目前的植入材料存在一定的风险。例如,瓣膜和支架可引起炎症反应,导致凝血,置换的关节有松动的可能,并需要更换;更重要的是,任何植入物都可能导致感染。

在医疗植入材料的研发中,材料的效用、持久性等优缺点一直是难以权衡的问题。在耶鲁大学工程学院的病理学和生物医学工程合作中,研究人员正在研究一种名为金属玻璃的生物材料,这种材料可以为未来植入的医疗设备以及许多其他工程对象改变这种困境。

金属玻璃是一种灰色、柔韧的与普通金属相似的材料,但它比钢更坚固,具有无毒、耐腐蚀、耐磨和弹性好、可塑性强的特点。因此,这种材料非常适合作为植入物置于人体内。

研究人员发现,铂基(platinum-based)金属玻璃在厨房烤箱可加热达到的温度下,就可以软化成冷藏后的蜂蜜一般的稠度和柔软度,从而可以进行变形、塑造等工序。

这种材料对哺乳动物细胞基本无害,但具有抗菌性,因此它们可以被用于人造关节、手术器械或者医院门把手上的抗菌涂层。除此以外,金属玻璃在植入体内后,还可以发挥类似药物的作用。研究人员发现,通过在金属玻璃表面上模塑特定图案,就有可能操纵细胞与植入材料对抗的行为,从而减轻炎症。

同时,研究人员可以对金属玻璃的表面进行改造,比如让其表面纳米化,或者形成多孔状,并且金属玻璃还可以被制成雨骨骼密度相似的坚固的轻质泡沫。这样一来,金属玻璃将有可能成功替代目前的冠状动脉支架以及整形外科的植入物。

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https://medicine.yale.edu/news/yale-medicine-magazine/scratching-the-surface-metallic-glass-implants/

海外高校

新南威尔士大学研究:电动船可能是小岛浮动电池

在发达国家,人们只需按一下开关,灯光就可以再次照亮周围。但在印度尼西亚的大部分偏远岛屿上,获取电力既不简单也不方便。

为了找到能够持续为岛屿供电的解决方案,澳大利亚悉尼新南威尔士大学的研究人员创造了一种理论上将电动船变成小型可再生电源的算法。

研究人员在实验室中用微电网测试了算法,使用四个连接在24V电池组中的6伏凝胶电池作为船的替身。他们发现,该算法可以足够可靠地管理电力流,以允许电动船在旅行后直接为电网提供高峰负荷支持。

为了实现这种方法,他们需要一艘带有自己的光伏系统的电动船,当船漂泊时,它将为船的电池充电。然后,当船停靠时,它可以作为一个小型发电厂,为岛上的家庭提供电力。

随着算法的优化,船主可以更好地管理甚至销售自己的电源。如果印度尼西亚遭受自然灾害,那些供电的微电网可能会遭到破坏。即使印度尼西亚广泛通电的岛屿也可能受到影响。通过这种新方法,印度尼西亚政府也可以使用这种船运送物资并提供电力。

新方法将无人机用于医疗,比救护车更快

无人机已被用于输送医疗药品。最近,伊拉克和澳大利亚的研究人员开发了另一种在医疗中使用无人机的方法 - 用于检测老年人摔倒,然后提供急救。

南澳大利亚大学教授Javaan Chahl、工程师Ali Al-Naji和伊拉克的中部技术大学的工程师们开发了一个可穿戴装置以收集心跳和加速数据,并用一个算法判别摔倒情况。这个跌倒检测装置(fall detection device, 简称FDD)由微控制器和两个生物传感器(用于测心率和加速度)组成,配备了GPS定位,用GSM通讯装置将定位信息传递到智能手机。

他们选择了五名志愿者作为假患者测试他们的FDD。当FDD警告摔倒时,护理人员使用智能手机选择通往假病人的路径,用在无人机装急救箱并将其送走。他们同时向救护车发出警报,并计算出无人机和救护车所需的时间到达假病人的位置。据计算无人机平均比救护车节省时间105秒到达预定位置。

现在,该团队计划致力于延长FDD的电池寿命并改进系统,以便将无人机完全自动化。研究人员表示它最终可能比救护车快三倍,可以更及时地挽救患者。

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https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/drone-vs-ambulance-drone-wins

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