广告

人体大数据:分析汗水,看透你的心肝脾肺肾

时间:2016-12-15 作者:Junko Yoshida 阅读:
不同于传统的可穿戴设备,一种新开发传感器将人类的汗液设定为一种收集与探测更精确、更具洞察力之生理信息的手段。
电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势

美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的电子工程暨信息科学教授Ali Javey,总是喜欢把他的团队正在进行之可穿戴电子研究项目称为“人体大数据(big data of the human body)”XDDEETC-电子工程专辑

今日的可穿戴式传感器已经能追踪使用者的身体活动与生命征象,但Javey在近日于美国举行的2016年度国际电子组件会议(IEDM)上发表他的研究团队成果“可穿戴式汗液生物传感器(wearable sweat biosensor)”时指出:“没有人能以分子(molecular)水平监测个人健康状况。”XDDEETC-电子工程专辑

市面上已经有许多不同的可穿戴式设备,如Fibit、Misfit、Apple Watch以及各种血糖仪等等,这些“智能医疗”设备似乎与现实世界仅距离一步之遥,显然各种无所不在的无线技术以及运算技术,已经能增强针对每一位病患的监测。XDDEETC-电子工程专辑

然而,如同在同一场会议上德州仪器(TI)研究团队发表“省电智能可穿戴式设备电路与系统(Circuits and Systems for Energy Efficient Smart Wearables)”论文时表示,数据撷取(data acquisition)仍然是最大的挑战;为此各家厂商争相开发超低功耗、软性、印刷式电子组件,以催生能持续监测使用者健康状况并能以非侵入式方法实时撷取人体数据的设备。XDDEETC-电子工程专辑

在今年IEDM发表的多篇论文,就是关于软性与印刷式电子组件技术;所提出的方案从高性能的软性CMOS电路与传感器(由日本大阪府立大学发表)、省电多模式生物感测技术(TI发表),到RFID与医疗贴片应用之软性金属氧化物薄膜晶体管电路(IMEC发表)。XDDEETC-电子工程专辑

而Javey的团队所发表之“可穿戴式汗液生物传感器”论文特别出色,因为该团队探讨了“以广泛的汗液生物标记频谱监测人体”。XDDEETC-电子工程专辑

20161214 IEDM NT03P1
图片来源:IEDM XDDEETC-电子工程专辑

不同于传统的可穿戴设备,Javey团队将人类的汗液设定为一种收集与探测更精确、更具洞察力之生理信息的手段;他表示:“我们选择汗液的原因,是因为那是最容易取得的体液。”XDDEETC-电子工程专辑

值得注意的是,汗液分析并不是新概念,已经有各种汗液生物标记被开发,用以定义人体健康状况;Javey解释,例如在运动领域,人们通常会以汗液分析来进行药物检测,还有汗液氯化物检测已经是囊肿性纤维化(cystic fibrosis)的标准诊断程序。XDDEETC-电子工程专辑

Javey表示,可穿戴式生物传感器已经被应用于在各种室内或户外的人体活动中,分析新陈代谢、电解质与重金属等广泛的汗液成分:“汗液中的钠离子与钾若过量损失,将导致低钠血症(hyponatremia)、低钾血症(hypokalemia)、肌肉痉挛或是脱水。”XDDEETC-电子工程专辑

其他发现还包括,汗液中的乙醇与葡萄糖据说在新陈代谢上与血液中的乙醇与葡萄糖相关,而汗液乳酸(lactate)可以被潜在视为压力性缺血(pressure ischemia)的敏感性标记;不过今日的汗液分析仍是得将检体收集起来送到实验室去才能进行。XDDEETC-电子工程专辑

而Javey的看法是,最好的解决方案是“人体汗液的实时分析”──也就是利用像是贴片、放在人体上的汗液生物传感器,直接在排汗时立即对汗液进行分析。XDDEETC-电子工程专辑

完全整合的多任务汗液感测系统

Javey的团队开发了一种完全整合的多任务汗液感测系统,将塑料材料的传感器做为与皮肤之间的接口,而软性电路板上的硅芯片则执行复杂的信号处理;如下图所示,该团队开发的汗液传感器数组包含两种代谢物传感器(侦测葡萄糖与乳酸)、两种电解质传感器(侦测钠离子与钾),以及一个皮肤温度传感器。XDDEETC-电子工程专辑

20161214 IEDM NT03P2
图片来源:IEDM XDDEETC-电子工程专辑

Javey并分享了该系统能进行多任务人体量测的信号传导、处理与无线传输路径(如下图);最终收集到的数据会以无线方式传输到手机,透过专属应用程序显示:“我们开发了传感器,但没有开发必备的信号处理芯片,是在软性电路板上采用现成的微控制器以及其他组件。”XDDEETC-电子工程专辑

20161214 IEDM NT03P3
图片来源:IEDM XDDEETC-电子工程专辑

软性电路板上需要做哪种信号处理?Javey解释,虽然每个传感器都能维持优异的敏感性,但事实证明温度以及酸碱(pH)值仍会对这种安培酶(amperometric enzymatic)传感器的性能造成很大影响:“为了达成更精确的量测,我们需要进行实时校正(calibration)以及信号补偿,”这就是信号处理所需之处。XDDEETC-电子工程专辑

目前Javey团队开发的系统是以软性电路板制作,他设想未来完全整合的多任务汗液传感器将是能实现更实用、同步化之多重汗液生物标记侦测信息的终极关键;Javey并指出,他们采用的现成蓝牙低功耗芯片与微控制器,都稍嫌“大材小用”,未来应会演变成客制化单芯片。XDDEETC-电子工程专辑

编译:Judith ChengXDDEETC-电子工程专辑

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载XDDEETC-电子工程专辑

EETC wechat barcode


关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”。
XDDEETC-电子工程专辑

XDDEETC-电子工程专辑

电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
您可能感兴趣的文章
  • 芯之联:小芯片在AIoT时代的大作为 近来人们不再像从前那样单独提及AI(人工智能)和IoT(物联网),而是将其融合在一起,AIoT(人工智能物联网)成为科技行业热词。AI+IoT成为业内共识,语音识别+人脸识别+边缘计算+物联网等多概念融入,借助AI、大数据、云计算等技术,实现“云+边+端”的全新模式被广泛接受。
  • Arm服务器生态合作推进中国“芯”突破 放眼当下,以智能手机为代表的移动设备产业发展迈入“下半场”,云计算、物联网、人工智能等新兴技术的登场,推动了万物互联、万物感知的智能社会建设,从而对绿色计算、智能计算提出了多样化、迫切的需求。
  • 泛在电力物联网漫谈 大部分现有对泛在物联网的理解,只是停留在传感、物联、通信、大数据、云计算这些技术层面。国网公司将泛在电力物联网提升到企业战略层面,而非简单的将其作为一项企业技术战略去推进,需要从未来智能商业模式的角度去理解泛在电力物联网的战略意义。
  • 如何破解两把“剪刀差”加速AI落地?Xilinx给出了答案 在近日举办的第八届EEVIA年度中国ICT媒体论坛暨2019产业和技术展望研讨会上,人工智能也是其中的一个重要主题。自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司人工智能市场总监刘竞秀在“FPGA — 人工智能计算的加速引擎”的主题演讲中开场就对“智能+”概念作出了通俗的诠释:“AI的本质就是高性能计算,就像电力一样是一项通用能力,是能对所有行业进行产业升级以及产品迭代起促进作用的存在。”
  • 充分利用人工智能,实现更为高效的下一代数据存储 人工智能 (AI)是对现代社会的各个领域带来重大影响的技术,这些领域包括电子商务、自然语言翻译、金融科技、安全、目标识别/检测乃至可快速确认危及生命癌细胞位置(或其他异常症状)的医学领域。尽管应用领域多样,但它们都有一个共同点:能通过采用一项可高效扫描大量非结构化数据(视频、文本、声音、图像等)并对其进行处理的技术,从而获取真正的价值。
  • AI需求带动内存运算架构崛起 人工智能(AI)和机器学习正进一步展现硬件和硬件架构如何在成功部署中发挥关键作用;然而,关键的问题在于内存应该要设计在哪里?
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告