基于智能柔性傳感的互聯網大數據平臺
大健康是未來世界發展的趨勢,在未來10年內將產生10萬億美元的產業。我國在近期提出的健康中國,著眼于擴大在線健康服務,依托大數據提出診斷和治療建議,實現大社區健康管理與大健康服務。實現這一體系的關鍵,在于各種柔性電子、傳感器技術,與物聯網、云通信技術,以及大數據與人工智能相結合。 隨著經濟的發展,人們對于健康的重視程度越來越高,在皮膚表面進行檢測人們身體健康狀況的柔性傳感器,是未來電子科技發展的一個重要方向,將會有巨大的市場前景。在以智能手機為主體的電子元器件的開發日益盛行,開發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。醫院的醫生能夠通過互聯網、云通訊、分布式的監測和管理每個病房的病人的身體狀況,既節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;結合無線互聯網、云通訊,能實現分布式醫護,虛擬空間管理;與大數據與人工智能結合,進行智能健康管理,實現智慧醫療(圖1)。 圖1 基于柔性傳感器的智慧醫療系統 本項目主要應用生物相容的蠶絲材料作為傳感單元主要組成部分,以無線藍牙模塊與無源RFID標簽作為人機數據交互單元,以大數據為手段對平臺進行管理,瞄準柔性電子與智能大數據前沿領域,具有重要的科學意義。具體如下: (1)柔性電子皮膚等智能傳感新技術與器件開發 近年來,蠶絲等柔性材料作為醫用生物材料漸漸進入人們的視線,具有良好的生物相容性和極佳的力學性能。以此為基礎開發柔性電子制造技術,通過柔性材料的光刻、打印等加工技術,制備傳感單元。 (2)人體傳感信號實時監測的云系統的開發 通過建立皮膚表面傳感器無線信號傳輸技術,實現體溫、心跳等信號的遠程監測,符合國家精準醫療精神。通過云系統可對老年社區、醫院等場所進行智能化、集成化的監控,實現健康的大數據管理。除此以外,也可實現個體的遠程診療體系。向“健康中國2030”靠攏,依托大數據提出診斷和治療建議。 (3)將系列傳感器材料制備技術與無線信號傳輸云平臺結合,實現個人和醫院的對自身和病人的健康指標數據進行檢測和管理。以此無線體征檢測的平臺框架為基礎,后續又可以引入更多傳感與控制體系,適應場景的多樣化。 二、前期研究基礎 (1)模仿神經元突觸的蠶絲憶阻器 在神經系統中,當神經沖動從軸突傳導到末端時,Ca2+離子大量涌入突觸前膜引起遞質的分泌,從而改變突觸后膜的導電性。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。其電學特性表明其具有獨特的突觸特性,并具有突觸學習能力。 (2)蠶絲基應力傳感器—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,完成多種生理指標的采集。我們通過研制柔性壓力傳感器,已在運動檢測、發聲檢測、脈搏檢測等方面開展了大量研究。 (3)纖維傳感器 可穿戴設備在未來智能裝備領域具有廣泛的應用前景,而我們平時穿戴的衣物均是由纖維編織而成,智能穿戴設備設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行改造和設計,制備除了纖維狀溫度、壓力傳感器。對纖維傳感器進行編織可實現多維度傳感,并可適應多種場景,這項工作與傳統紡織行業結合開創了尖端智能科技研究新領域。
廈門大學
2021-04-11