穿戴裝置的感測器,也可以用貼。

另類穿戴裝置改用貼的,將來是不是有機會做成不同的花樣? Credit: kawaiikiri CC BY-SA 2.0

埋在鞋墊內、綁在在手腕手臂上、掛在脖子上、戴在帽子上、掛在耳朵上、戴上眼鏡、綁在腰上、穿在身上…以上這些都是時下最夯的的穿戴式裝置怎麼穿的方法。現在,甚至設計把電子功能放到隱形眼鏡裡,還有人想到把晶片埋在假牙裡…等等形形色色的「穿戴」法。那麼穿戴式裝置的功能呢? 沒有功能穿在身上就只是裝飾品,有了功能,就是ㄧ種「裝置」。這個裝置,可以輸入(記錄)訊息,例如對這台機器下指令、記錄穿戴者的生理訊號、位置、週遭的感測,對應上時間,就成了「追蹤」訊號;另外就是「輸出」,把紀錄到的資料輸出到手機等行動裝置,作為給穿戴者的回饋,或者進一步資料處理,和「輸入」的訊號相互反應。功能上的應用形形色色,基本上就是把握輸入、輸出和資訊互相反饋,人機互動這些原則。而在穿戴方式上,除了上述的常見穿戴方法,還有什麼應用呢?

感測器以凝膠為底,可貼在跳動濕滑的內臟上

下面這個影片中,白色小方塊狀,可以黏附硬幣的材料,就是日本幾間大學的科學家合作開發的一款有黏性的感測器的黏性物質。這款感測器可以量測應變和電子訊號,實驗在心臟跳動的老鼠身上。實驗顯示,這款感測器可以貼附在老鼠心臟上量測訊號長達三小時。這款發明仍有疑問,究竟在什麼樣的狀況下,醫師要用這種方式量測病人的心臟訊號?縱使如此,確實在穿戴方式上,是一項突破,因為這種方式,電子產品可以黏在濕滑而且跳動的生物組織上。這款具黏性和極度柔軟性的感測器,厚度約1.4μm,材料是聚對苯二甲酸乙二酯薄膜(Polyethylene Terephthalate film, PET film),由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)凝膠將這些感測元件組合在一起。這款凝膠已經是醫療應用上的材料,所以不需要擔心這種感測器貼附在生物體內可能造成的問題。現有的雛型,將144個感測元件分佈在5英吋見方的面積,每個元件之間間隔4mm。這是個相當合適的大小,可以貼在內臟器官上,或者埋在石膏或敷料裡面來量測壓力是否影響傷口癒合。(以下影片示範這種PVA凝膠,如何黏附硬幣。)

超極柔軟,可以任意彎曲

此外,以同樣的方式,日本科學家將這類可以適應各種柔軟表面曲度的感測器,黏在人類的指關節上,請受測者活動指關節,還有充氣的氣球上,再洩氣,即使經過這樣的測試,感測器仍然功能完好。這種是貼在體外,表面沒有水份但是柔軟不平的表面。一種「貼紙」的概念,來設計穿戴式裝置,這種設計已經是進入開發「產品」的行列,可以黏在身體任何部位。MC10就是ㄧ家開發這樣產品的公司,他們和美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign, UIUC)的教授合作,開發這種「貼紙」概念的穿戴裝置。(以下為MC10公司的影片介紹)

「紋身」概念的黏貼式穿戴感測器

另外,University of California San Diego的研究員,則是致力開發一種”紋身”概念的穿戴裝置。這樣看來,時下女性喜愛的彩繪指甲,可能也有機會加入電子功能,成為另類穿戴式裝置。如果可以用3D列印客製化,以後可以黏上漂亮的彩繪指甲,還同時記錄生理訊號。

整體看來,穿戴式裝置穿在外面不稀奇,穿在裡面才是困難挑戰。不知道日本大學的科學家發明的這種凝膠型式的感測器,有沒有辦法也用3D列印印出來?另外,除了貼在心臟上面,有沒有其它應用呢?


文章參考:POPULAR SCIENCE, JST
影片來源:Sunwon Lee et al., Nature Communications 2014MC10
圖片來源:kawaiikiri CC BY-SA 2.0
原文參考:Nature Communications



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。