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斯坦福大学新研发的电子皮肤可能终结所有智能设备

2019-09-05来源:新趣头条编辑:佚名标签: 皮肤 

文章导读
  未来的世界,已经没有人使用智能手机,手上贴的一块电子皮肤将满足你对智能设备的所有需求

  未来的世界,已经没有人使用智能手机,手上贴的一块电子皮肤将满足你对智能设备的所有需求。

  每天早上,电子皮肤替代闹铃将你唤醒。你在刷牙的时候向电子皮肤发出需求,厨房自动准备早餐。大脑和眼部安装了电子传感器,你用思维传递电子控制传感器开灯关灯,再用意念通过物联网挪开前方挡路的椅子。

  吃完早餐,你想了想叫了一架直升飞机去上班。直升机抵达开会的大楼,眼部传感器连接VR告诉你接下来怎么走,不需要走弯路。

  你在会场做演讲,在场的听众通过大脑传感器传达对你所演讲内容的兴趣,头顶灯的颜色反应他们的情绪,而你可以随时根据观众的即时反馈调整自己的演讲节奏。

  小探今天并没有改行写科幻小说,以上这一段是小探在高山大学2019级秋季班硅谷斯坦福之行,在化学工程明星科学家鲍哲南教授的课上听到鲍教授对未来的大胆畅想。

  (鲍哲南教授,版权属于原作者)鲍教授现执教于斯坦福大学化学工程学院, 主攻柔性电子材料,2015年被顶级学术科研刊物《自然》杂志列为“对全球科学界产生重大影响的年度十大人物”,2017年联合国教科文组织评其为“世界杰出女科学家”。

  鲍教授本月在Nature Electronics杂志最新发表的科研文章,描述了她在斯坦福实验室最新的研究成果 - 可穿戴无线皮肤传感器BodyNet。在高山大学硅谷站课堂上,鲍教授给同学们分享了今天,小探就来带大家了解一下鲍教授实验室最新发布的成果,以及全球顶尖实验室在柔性电子领域的科研前沿。

  (手腕上的电子皮肤将脉冲读数发送至衣服上的接收器。图片来源:斯坦福官网Bao Lab)鲍哲南教授最新科研成果 - BodyNet

  鲍教授介绍,BodyNet的形态非常小,可以像一张小创可贴一样贴在患者需要观测的皮肤表面,便于使用。它将首先被用在医疗方面,如监测患有睡眠障碍的患者夜间睡觉质量,呼吸心跳肌肉等表现;或长期观测心脏病患者日常生活中的心脏表现。

  BodyNet传感器不需要电池,工作原理类似于ID卡:利用无线射频识别技术RFID,从服装接收器吸收能量,为传感器供电,然后从皮肤读取数据并发送回接收器。鲍教授团队的目标是开发穿着舒适,可以随着皮肤拉伸或收缩,并且不需要电池或刚性电路的材料。

  (用金属墨水将天线和传感器丝网印刷到可延展材料上,该贴纸设计用于粘附于皮肤表面以跟踪脉搏和其他健康数值。图片来源:斯坦福官网Bao Lab)

  她的实验室也在研发新传感器检测皮肤的汗液或其他分泌物,并跟踪体温和压力等变量。她希望创造一系列可以贴在皮肤上的无线传感器,配合智能设备共享各种健康指标。

  文章最开始鲍教授讲述的片段,是她和斯坦福大学Bill Burnett教授一起畅想的未来场景。后者现在任教于机械工程学院设计方向,曾领导苹果产品设计团队,著有畅销作品《做自己的生命设计师》。

  鲍教授提及,有时候科学家们认为自己在实验室发明的东西非常好,但市场不一定会接受。所以产品一定要对消费者有用,或是在已有产品的功能上加新功能。

  她和Burnett教授畅想,未来电子皮肤的应用场景,可以使使用者触摸东西时不仅有触觉感受,也可以有即时数据分析,比如说知道表面上是否有任何细菌;或者说对触摸的历史有记录;甚至可以通过用户手部的抖动,预测用户的衰老表现等。能够使用户能力提升的应用才是市场会接受的应用。这也是他们思考将来的开发思路。

  在用户习惯调研方面,Burnett教授特别提及应该不仅仅采访普通用户,更应采访的是最先有可能应用领先技术,思想最为超前的人。比如美国视频游戏开发者Zoe Quinn曾在自己手掌的拇指和食指之间植入了一枚NFC芯片,以探索开发操控手机和游戏新的可能性。

  时代周刊早在2014年9月一篇讲述Apple Watch的文章Never Offline就详细描述并畅想了未来可穿戴技术对人类生活的改变。如今科学技术正一步一步使人们对未来生活的设想照进现实。然而目前从实验室成果转化为实际生活中的每日应用的产品,未来有无数种可能,但仍然有很长的路要走。

  鲍教授介绍,在柔性电子领域全球领先的三个实验室分别位于:斯坦福大学、美国西北大学和东京大学。虽然大家前进的研究方法不太一样,但是期望达到的目标都是一致的。巧的是,三个实验室的科学家早年都来自贝尔实验室。贝尔实验室可谓是柔性电子材料的先行者,2000年就成功制造出当时世界上第一个用有机晶体管材料做成的柔性电子纸。

  目前研发电子皮肤材料有两条大思路:一个是使用目前已知的材料,如硅等小的原件,用工业的方法切薄,加上传感器,再搭配可拉伸的导线,这样可以达到类似皮肤拉伸的目的;另一种如鲍教授团队,研发现在还没有的材料,研发更加和皮肤类似的新电子材料设计。

  东京大学Takao Someya教授致力于研发可以传达人体内部情况的电子皮肤。这个电子皮肤可以给外科医生提供体征数据,当身体将生病时提供警报,甚至可以通过触觉来诊断另一个人体内的疾病。

  Someya团队已经成功研发了可用于测试含氧量的电子皮肤。通过点亮红色,绿色或蓝色的微电子元件清晰地显示读数。超薄电子皮肤贴在手上可以变成数字显示屏显示信息。Someya希望未来这些电子皮肤能应用于监测手术过程中相关器官的含氧量水平。

  另一位学术大牛美国西北大学John Rogers教授的电子皮肤也已经尝试在各个方面应用。除了在医疗方面钻研汗液成分、温度、压力等健康信息,Rogers教授在假肢佩戴感知方面也颇有建树。

  (John Rogers教授和他带领研发的电子皮肤,可以在身体的任何地方佩戴。版权属于原作者) Rogers教授的电子皮肤已有的商业合作项目非常有趣,比如说使用皮肤纹身监测阳光中UV值。以及最近和某化妆品品牌达成的合作,使用比创可贴更小的电子皮肤给客户测试皮肤的pH值、含水量等信息,再根据数据结果推荐化妆品。

  鲍教授在课堂上多次提到,做研究的时候不能只停留在实验室,而是要在现实生活中和不同的学科相结合起来,才会对人类有帮助有价值。斯坦福大学可穿戴设备研究中心积极将化学科学和其他学科的研究深入联合起来,比如说医学院、商学院等。

  那么,电子皮肤数据收集以后可以应用在医疗或商业的哪些方面?可穿戴传感器、电子皮肤是否可以应用在其他场景呢?

  支持残疾人操作假肢。可穿戴设备可以和脑科学、神经刺激结合起来,比如使用传感器传达残疾人脑部电信号以真正感触并控制假肢运动。目前实验室中已成功使小老鼠通过电信号传递进行踢球。

  预测脑中风。病人脖子通向大脑的血管如果堵塞,就会引起脑中风。可以将传感器安放在动脉,植入皮下测量血管的伸张收缩性。如果信号开始变化,那么血管有堵塞的可能。提前预测可能减低死亡率,提高病人生存率。

  监测脑部肿瘤。医生在开颅手术完成时,可以在颅内放入可生物降解的传感器以监测病人的颅压。病人自己可以通过设备传输数据观测自己脑压是否有变化,是否有复发的迹象,以提早就医。

  除了以上医疗领域有可能应用的场景,未来电子皮肤等器件可以不仅放在人体表面或是机器人表面,更可以放在建筑物、飞机等大型器械基建表面以监测数据。

  甚至在增强虚拟现实方面,VR目前对于用户来说目前只有视觉的感受。而未来通过用户可以通过可穿戴设备传达电信号,真正感受到虚拟世界的真实。

  目前,可穿戴电子中心和产业界、工业界都有不少合作。比如斯坦福教育学院已经在研究如何从生理数据研究儿童学习方式的学习效果,而不仅仅是从成绩。通过传感器可以监测儿童学习时的脑电波、心率、甚至汗液的成分来检测注意力是否集中,或者哪种提问的方式可以使学生更有兴趣,大脑更加活跃。

  电子皮肤现在所处阶段,已经不仅仅是顶尖高校里开创的实验室项目。现实生活中产业化越多,商业化越多,越能加快开发使用。

  小伙伴们一起来开动脑洞,你能想到电子皮肤还有哪些应用场景?欢迎在下方留言,让前沿的科学家们听到我们的声音,一起创造未来!

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