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《自然》和《科學(xué)》助陣 FISA要重燃可穿戴雄風(fēng)

作者:本站采編
來源:奇點(diǎn)
日期:2016-02-02 11:04:36
摘要:一說起可穿戴設(shè)備,我估計(jì)首先映入你腦海的大概是AppleWatch、Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等。這五樣設(shè)備全球的出貨量應(yīng)該已經(jīng)超過2億只了。
關(guān)鍵詞:穿戴式可穿戴

  一說起可穿戴設(shè)備,我估計(jì)首先映入你腦海的大概是AppleWatch、Fitbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等。這五樣設(shè)備全球的出貨量應(yīng)該已經(jīng)超過2億只了。

 

  EchoLabs推出的原型機(jī)

  但是它們的功能好像一直停留在記步、測(cè)心率、測(cè)睡眠時(shí)間等無(wú)關(guān)痛癢的指標(biāo)。難怪EchoLabs在去年5月推出一款可檢測(cè)血液中的氧氣、二氧化碳、PH值、碳水化合物和血壓等數(shù)據(jù)的原型機(jī),就被國(guó)內(nèi)外的媒體稱之為“重大突破”。盡管它長(zhǎng)得“五大三粗”。

  從可穿戴設(shè)備研發(fā)的進(jìn)度和億萬(wàn)群眾的反應(yīng),不難看出大家都期待能有一款可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體健康指標(biāo)的穿戴設(shè)備,但是,這種設(shè)備真的很難研發(fā),稍微有一點(diǎn)兒進(jìn)步就可以算的上是“重大突破”了。

  就在前幾天,這個(gè)“重大突破”可能是真的出現(xiàn)了。這可不是我說的,這是目前世界上頂級(jí)期刊說的。

  《自然》雜志:可穿戴汗液傳感器為實(shí)時(shí)分析身體生化指標(biāo)鋪平道路。

  《科學(xué)》雜志:新型腕帶通過檢測(cè)汗液監(jiān)測(cè)健康風(fēng)險(xiǎn)。

  不賣關(guān)子,下面直接給大家看原圖。它戴在手腕上是這樣的。

 

  戴在手腕上的FISA

  還可以戴在頭上,是這樣的(當(dāng)然圖中是為了翻給你看看,使用的時(shí)候它是貼著皮膚的)。

 

  安裝在頭套里的FISA

  平時(shí)的時(shí)候是這樣的。

 

  這款設(shè)備是加州大學(xué)伯克利分校(UniversityofCalifornia,Berkeley)AliJavey團(tuán)隊(duì)研發(fā)的。整個(gè)研發(fā)過程與設(shè)備的性能刊發(fā)在1月28日《自然》雜志上(1)。這個(gè)設(shè)備叫FISA,是flexibleintegratedsensingarray的簡(jiǎn)寫。

  FISA由兩部分組成,上圖中左邊透明區(qū)為傳感器區(qū),分別用于檢測(cè)身體溫度和汗液中的鉀、鈉、乳酸和葡萄糖濃度;右邊為計(jì)算區(qū)域,分布著11個(gè)電路元器件。

 

  FISA傳感器上浸滿汗液后的檢測(cè)反應(yīng)

  當(dāng)皮膚上的汗液接觸到柔軟的傳感器之后,傳感器便將化學(xué)電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算中心。數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換等處理,輸出給數(shù)據(jù)處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。分析好的數(shù)據(jù)會(huì)通過藍(lán)牙傳遞到手機(jī),并保存在云端。數(shù)據(jù)在手機(jī)上顯示是這樣的。

 

  手機(jī)端的數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式

  如果你湊巧看過《星際迷航》,還記得里面有個(gè)叫“三錄儀”的萬(wàn)能工具,它不僅可以探測(cè)生命信號(hào)、入侵操作者指定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),還可以對(duì)人體進(jìn)行掃描以檢測(cè)病患。有了這個(gè)“三錄儀”的“誤導(dǎo)”,你一定覺得Javey團(tuán)隊(duì)研發(fā)的FISA沒啥大不了的。我覺得這就是科幻作品給人民群眾帶來的負(fù)面影響,科幻作家“不負(fù)責(zé)任”的天馬行空把科技發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在后面,現(xiàn)實(shí)生活中再很難有什么新事物會(huì)讓我們覺得“amazing”的了,即使從客觀的角度講,它已經(jīng)很“amazing”了。

  實(shí)際上通過汗液分析人體血液的生化指標(biāo)并不是什么新鮮事物,早在上個(gè)世紀(jì)四十年代就有人在研究了(2)。但是一直以來有兩個(gè)問題困擾著意欲利用汗液檢測(cè)人體生化指標(biāo)研究人員:可穿戴設(shè)備的柔韌性和計(jì)算能力。

  在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里,工程人員一直使用硅基芯片,但是這種芯片與皮膚的結(jié)合度不好,很難取到汗液;當(dāng)換用柔性材料時(shí),計(jì)算芯片又不具備同時(shí)處理幾組數(shù)據(jù)的計(jì)算能力。因此大部分可穿戴設(shè)備要么記記步,要么測(cè)測(cè)心率之類;即使能測(cè)量生化指標(biāo),也只是測(cè)量一項(xiàng),而且不具備校對(duì)功能。

  Javey團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性的解決了這兩個(gè)難題。他們的解決方案是利用信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(傳感器將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào))、調(diào)節(jié)(信號(hào)放大以及過濾)、處理(信號(hào)校準(zhǔn)和補(bǔ)償)和無(wú)線傳輸技術(shù),在現(xiàn)存的技術(shù)溝壑之間搭起橋梁。最終,他們實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)柔性設(shè)備上同時(shí)測(cè)量5個(gè)指標(biāo),而且數(shù)據(jù)之間可以互相校對(duì)。而且,Javey團(tuán)隊(duì)目前正在研發(fā)檢測(cè)其他指標(biāo)的傳感器,希望最終將FISA打造成全能的醫(yī)療設(shè)備。

  FISA的可貴之處在于可以實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)分析多項(xiàng)人體血液生化指標(biāo),而且數(shù)據(jù)可以校準(zhǔn)。尤其是體溫對(duì)汗液中的各種生化指標(biāo)濃度的影響較大,因此需要根據(jù)體溫的變化,對(duì)數(shù)據(jù)做一定的校準(zhǔn)。但是FISA也面臨著一個(gè)難題,處于靜息狀態(tài)的人排汗量極少,F(xiàn)ISA要怎么辦?這是Javey團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)難題。

  Javey坦承,盡管FISA具備實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)多指標(biāo)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì),但是測(cè)量精度肯定是趕不上有“金標(biāo)準(zhǔn)”之稱的血檢。而且汗液成分的變化也較血液劇烈,要獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù),必須需要做大量嚴(yán)格的測(cè)試。Javey認(rèn)為,要把FISA作為商業(yè)化醫(yī)療設(shè)備還需要漫長(zhǎng)的臨床試驗(yàn)和FDA的評(píng)估,但是在這之前完全可以把它當(dāng)做健康監(jiān)視器。如果FISA快速進(jìn)入這條商業(yè)道路,F(xiàn)itbit、Misfit、Jawbone和小米手環(huán)等穿戴設(shè)備將會(huì)受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)(據(jù)我小范圍調(diào)查了解,大家購(gòu)買該設(shè)備的意愿非常強(qiáng)烈)。

  簡(jiǎn)單的介紹一下AliJavey本人。他就是下圖那個(gè)帥帥的小哥。Javey年輕有為,今年才36歲,早在2009年就被MIT科技評(píng)論評(píng)選為TR35,目前是加州大學(xué)伯克利分校的“杰出教授”(只授予在學(xué)術(shù)界做出了杰出貢獻(xiàn)的少數(shù)頂尖學(xué)者,屬于終身教職),被認(rèn)為是材料學(xué)界的“一顆璀璨的新星”。

 

  帥氣的AliJavey和FISA

  最后不得不提的是,AliJavey在斯坦福大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間,師從世界著名納米材料研究專家、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士戴宏杰教授。戴宏杰教授2006年被評(píng)為斯坦福大學(xué)終身教授,是該大學(xué)最年輕的終身教授,2011年入選2000-2010年全球頂尖100位化學(xué)家名人堂榜單,總排名第7,華人排名第一。真可謂“名師出高徒”。

 

  戴宏杰教授

  參考文獻(xiàn)

  1.GaoW,EmaminejadS,NyeinHYY,ChallaS,ChenK,etal.2016.Fullyintegratedwearablesensorarraysformultiplexedinsituperspirationanalysis.Nature529:509-14

  2.SonnerZ,WilderE,HeikenfeldJ,KastingG,BeyetteF,etal.2015.Themicrofluidicsoftheeccrinesweatgland,includingbiomarkerpartitioning,transport,andbiosensingimplications.Biomicrofluidics9:031301

人物訪談