可穿戴的生物传感器可以为个性化健康铺平道路

宾州国家工程师正在使用计算能力和数据科学来伸展，可伸展，灵活，可穿戴设备，可导致健康和健康领域的创新。

资料来源：应用材料和界面

该关键是制造传感器，如此可伸展，灵活，它们可以轻松地与人体复杂，改变轮廓，改变的轮廓，包括工程和资助研究所附属机构。他的实验室正在设计能够做到这一点的传感器。

如果生物传感器研究人员可以实现节能且可伸缩，研究人员表明工程师可以追求 - 并且在某些情况下已经追求 - 可以佩戴在身体上的传感器的一系列选择，甚至放在内部身体。收益越来越聪明，更有效，更个性化的医疗和改善健康决策 - 没有很多笨重，嗡嗡声和令人振奋的碎片监测设备。

宾夕法尼亚州和世界各地研究人员的一些想法正在调查包括可包含生物传感器的可拉伸纺织品。纸张的传感器也可能用于创建可以监测伤口状态的智能绷带。临时纹身甚至可以包含用于健康监测的生物传感器。例如，启用生物传感器纹身可以提供糖尿病患者的血糖水平的即时估计。

更多的计算能力

Cheng表示，能够传输数据的天线是这些生物传感器想法的关键要素，他也是宾夕法尼亚州钢笔州材料研究所的成员。但它不能成为普通的天线。人体中的一个天线需要它不仅仅是耐用的，承受身体的极端条件，但它也需要伸展，因此它可以适合身体中各种器官和组织的轮廓。

创建那些可伸展的天线需要复杂的计算来模拟所有不同的变化，所以传感器的设计可以采取，以确定最佳设计。这意味着单独的设计过程需要大量的计算能力。

"We explore a lot of different patterns and designs when we are investigating these ideas, but this can create more parameters,” Cheng said. “This can become a problem because it’s difficult to find the right design with all of the different parameters. That’s why we need more computational power — This additional computational power can help us play with the different parameters and find out the effect of each one. Then we can figure out how to optimize them."

该团队还希望在设备变化形状时看出如何改变机械和电磁特性。“我们需要利用计算资源来设计这种有效的天线，可以伸展，但更重要的是，通过这种可拉伸的天线，我们可以做很多东西，因为如果我们想得到这些传感器正在传输数据的地方，this antenna is the key element that you can’t get around,” he said.

只是普通的力量

下一步是找到为传感器供电的方法。郑表示，目前的电池可能太大而刚刚能为可以在人体上或在人体上操作的传感器。他的实验室正在调查新的发电机传感器的新方法。

虽然我们可能认为我们必须将传感器插入一个能源，但程说，我们实际上被自然和人为的能量来源包围，称为环境能量。“我们现在的工作也集中在收获环境能量，这可以包括Wi-Fi - 3-G，4-G或5-G，甚至微波来源，”程说。“与环境能量，它总是在，无论你是在使用它，都在那里。即使你去睡觉，那就是在那里。如果我们没有收获这种能量，它就会浪费。“

The researchers’ design calls for a stretchable rectifying antenna, or rectenna, that can convert electromagnetic energy into direct current. Cheng said that might be able to power the device, or charge up a battery as a power source.

由于该设备可以访问更广泛的可用能源，因此初始结果表明，研究人员的设计比现有型号更好地大约10到100倍。“如果我们只以单一频率收获能量，当然，它将最大限度地减少我们可以使用的能量量，而是通过在设备周围的宽带上收获能量，它将复制效率，”程说。“

未来方向：弹出窗口和有机体

在未来，郑说，他的团队将继续在生物传感器上工作，但他们还在调查生物传感器与有机体的潜在一体化，这些组织是人类培养的器官特异性组织，旨在模仿天然器官的功能。程表示，有机体可用于医疗测试。“动物检测经常使用医学研究，但有机体的测试会给我们带来更多的道德选择，”他说。

诚如此，设计可以承担三维形状的设计材料是该组未来研究探索的另一个领域。这些“弹出式”设计可以作为平坦表面插入目标区域，但是变成了3D形状。这些可以在健康和医疗领域的未来应用中使用。