西北大学研究团队开发出一种无线传感器,有望取代有线传感器

《科学》杂志3月1日刊文,  美国西北大学(Northwestern University)的一个跨学科研究团队开发出一种无线传感器,有望取代目前在医院新生儿重症监护病房(NICU)广泛使用的有线传感器。 这种超薄皮肤状的无线传感器不仅柔软亲肤,还能够提供与有线监测同样精度的临床监测效果。


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 早产儿的福音


外媒援引世界卫生组织报告称,每年有超过3000万患病或早产的新生儿降生,他们需要专门的护理才能生存。在NICU中追踪新生儿的生命体征至关重要,但一直以来,多根检测心率、血氧、血压等指标的有线传感器不但限制婴儿的活动,确保传感器不脱离的粘合剂还会对婴儿的皮肤造成损伤。监测结束后,无论医生和护士如何小心地取下电极,皮肤未完全发育的早产儿都容易受伤,并且留下疤痕。


这一无线传感器除了解决上述问题,西北大学生物工程师约翰罗杰斯(John Rogers)还表示:“没有了电线,父母,特别是母亲,得以抱着婴儿与其互动。”西北儿科皮肤科医生艾米帕勒博士表示,诸多传感器线缆阻碍了新生儿与父母的皮肤接触,而众所周知新生儿抚触有助于早产儿茁壮成长,更不用说母乳喂养的益处极大。


研究人员将传感器嵌入弹簧状电子设备中,最终的产品形态柔软亲肤,会随着身体移动弯曲,并且防水。这种传感器采用与NICU监护仪不同的材料,不会干扰X射线或MRI扫描,能将所有传感器的测量结果传送到医院的计算机上。


值得注意的是,该传感器重量极轻,因为不内置电池,而是在婴儿床床垫下面放置一个无线充电装置,和如今智能手机的无线充电方式相同。


从视频中可见,这一无线传感器用于两个身体部位,胸部传感器测量心脏活动,脚部传感器测量血氧水平。另外,约翰罗杰斯表示,通过两个部位传感器协同,计算心跳传导至足部的时间,可以间接测得血压,免去了血压袖带造成新生儿淤伤的风险。


 设备可靠性


据报道,该团队在西北大学Prentice妇产医院和Ann&Robert H.Lurie儿童医院完成了一系列关于早产儿的人体研究。研究人员得出结论,无线传感器提供的数据与传统监测系统一样精确和准确。


研究人员将传感器在NICU的20名婴儿身上进行了临床实验,这些婴儿同时使用了有线传感器和新研发的无线传感器。研究团队发表在《科学》杂志上的报告显示,这些无线传感器正常工作。目前这些传感已经应用于80名婴儿,不但检测结果与有线传感器的数据相近,且婴儿均没有出现皮肤过敏症状。


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不过,美国食品和药品监督管理局批准这一传感器上市需要更多的测试。


值得关注的是,约翰罗杰斯表示对这一研究成果需求最大的应该是发展中国家地区,因为有线检测的成本也不是所有早产儿可以负担的,而这一新型无线传感器的制造成本在10美元至15美元之间。


在比尔和梅林达盖茨基金会和拯救儿童基金会(比尔盖茨夫妇创立的基金会)的资助下,约翰罗杰斯计划于4月份在赞比亚进行无线传感器试验,年底前在印度、巴基斯坦和赞比亚测试多达20000个传感器。


外媒援引巴西圣保罗联邦大学的Ruth Guinsburg博士在《科学》杂志的一篇评论中写道,这项技术“对世界各地的监测实践产生了巨大的潜在影响,并可能为许多新生儿提供更加公平的生存机会”。


    传感器相关资讯介绍:  


据外媒报道,汽车制造商和科技公司都在竞相研发自动驾驶汽车,但是遇到了一个问题:如果车辆没有价格低廉且可靠的视觉设备,此类智能汽车就不是一辆好车。


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除了埃隆马斯克(Elon Musk)的特斯拉公司(Tesla Inc),大多数汽车制造商表示,其自动驾驶汽车依赖于激光雷达探测系统,此类激光雷达是最先进的传感器,会使用激光脉冲来获得有关汽车周围环境的精确图像。进军自动驾驶汽车市场促使很多汽车制造商押注该项技术,通用汽车(General Motors Co)、福特(Ford Motor Co)以及宝马(BMW)预计在未来两年内在其首批自动驾驶汽车上安装威力登(Velodyne)和Innoviz公司的激光雷达,该两家公司资金都非常充裕。


据路透社(Reuters)对公开的投资数据所进行的分析所知,过去三年内,约有50家激光雷达初创公司获得了超过10亿美元(约合67亿元人民币)的企业和私人投资,其中2018年获得了4.2亿美元(约合28亿元人民币)投资,创下了记录。


据知情人士透露,威力登和瑞典供应商维宁尔(Veoneer Inc)将在2021年年中为福特首款自动驾驶汽车提供激光雷达。威力登公司总裁Marta Hall表示,该项目对该公司来说是一笔“逾10亿美元(约合67亿元人民币)的交易。”在硅谷,很多自动驾驶原型车车顶都配备了威力登价值7.5万美元(约合50万元人民币)的HDL-64E三维激光雷达。


但是目前,汽车制造商和大型供应商还未就一项主流的传感器技术达成一致,也意味着迄今为止还未有针对传感器的行业标准,以鼓励进行大规模生产并降低成本。对于投资者和初创企业而言,最初的投资回报非常微薄。根据行业研究机构IHS Markit的数据,到2025年,汽车激光雷达市场预计只能产生25亿美元(约合168亿元人民币)的收入。


初创公司、汽车制造商、供应商、投资公司以及研究公司的高管们虽然对激光雷达有很多看法,但是仍未达成共识。丰田汽车自动化驾驶研究所高级副总裁Ryan Eustice表示,丰田已经与Blackmore和Luminar等几家激光雷达初创公司合作,但是该公司仍在评估新型传感技术,并且也不希望开始对激光雷达初创公司进行一轮洗牌。


最终,激光雷达行业将精简到5至6家关键企业,如更加成熟的雷达传感器技术行业情况一样。但是各高管和研究人员表示,可能要等到2025年之后或是2030年才会发生。自动驾驶汽车软件公司联想(Renovo)首席执行官Chris Heiser表示,如果汽车制造商过于专注于某些技术,可能就会处于劣势,因为可能会出现更新、更便宜的系统。


此外,对于是否真的有必要在自动驾驶汽车上配备激光雷达帮助其工作,各方也没有达到完全一致。特斯拉首席执行官马斯克就表示,其Autopilot自动驾驶系统就不需要激光雷达,仅依靠雷达、摄像头和软件组合。


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激光雷达仍是一项比较年轻的技术,还处于不断变化中,威力登非常受欢迎的车顶激光雷达也从非常笨重的机电设备发展为更新、更紧凑、功能更强的固态激光雷达,而且从限量版的1万美元降至量产版的200美元。安波福(Aptiv)首席技术官Glen De Vos表示,激光雷达技术可遵循雷达技术发展成熟的道路,随着时间推移,需求和产量的不断增加,激光雷达的技术、尺寸、成本和可靠性也将得到不断优化。

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