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15

2023

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06

石墨烯纳米纹身——无需电池即可进行人体特征监测

作者:


皮肤电子设备是一种新兴技术,在各个领域都具有广阔的应用前景。这些设备旨在无缝集成到皮肤表面,提供广泛的应用和优于传统硬件平台的优势。通过利用薄膜和其他先进材料的柔韧性和可拉伸性,皮肤上的电子设备可以实现舒适、无创且不显眼的监测以及与人体的互动。基于嵌入石墨烯气凝胶中的 ZnO 纳米线的纳米纹身墨水可以在任何有环境无线信号和智能手机的地方分析和跟踪人体运动的质量,将每个表面都变成一个潜在的传感器,将人体数字化。

皮肤电子设备的主要用途之一是医疗保健和医疗监测领域。这些设备可用于测量心率、体温、血压和氧气水平等生命体征,为医疗保健专业人员提供实时数据。除了医疗保健之外,这些设备在其他各个领域都有应用。它们可用于运动和健身,以跟踪运动、肌肉活动和水合水平等性能指标。此外,它们在增强现实和虚拟现实应用中具有潜在用途,可以通过将传感器和执行器直接整合到皮肤上来创建交互式体验。

研究人员找到了一种创建纳米纹身的方法,这种纹身可以使用类似于 RFID 标签的技术被动发送数据,从而克服了该技术的长期障碍。图片来源:KESHAN PERERA/HNUSTUDIO

 

但正如预期的那样,为了使这些设备不引人注目,它们可以包含的可能组件的选择非常有限。皮肤设备真正难以充分发挥作用的一个领域是无线通信。传统上,这需要收发器、放大器、模数转换器和电池等硬件。所有这些硬件都会造成很大的体积,这对佩戴者来说很突兀,而且还会将设备放置在身体上的位置限制在手腕等不会造成负担的位置。

  由于 Yeditepe 大学和土耳其伊斯坦布尔技术大学的一对研究人员的工作,未来的可穿戴设备可能会更加紧凑和舒适。他们开发了一种他们称之为纳米纹身的东西,可以喷在身体的任何地方(或其他表面)。一旦到位,这种纳米纹身可以被动地将数据发送到外部设备,无需电线或板载电源。

  纹身由两种不同的墨水叠加而成。一种由氧化锌制成,其中嵌入了纳米线。最重要的是石墨烯气凝胶导电油墨。通过在底层也包含少量气凝胶,这两种墨水能够牢固地相互粘附。这些墨水都是用针头涂在皮肤表面的。

这种纳米纹身无需笨重的组件即可进行无线通信——由石墨烯底层(黑色)和嵌入纳米线(白色)顶层构成图片来源:伊斯坦布尔技术大学/IEEE

 

  纳米纹身的独特成分使其能够通过压电效应发电,因为纹身在佩戴者正常移动时会改变形状。然后利用反向散射通信原理,智能手机等外部设备可以在宽带调制解调器的帮助下从纹身反射信号以接收数据。

  这些信号允许纹身和智能手机建立链接,之后手机可以持续监控纹身发出的射频信号。这些信号在人工智能算法的帮助下进行解释。

  这项创新解决了长期存在于皮肤可穿戴设备中的一个问题——如何在真实世界条件下从设备无缝检索数据。该团队相信他们的设备将为可穿戴设备提供各种新的用例。他们目前正在研究基于他们技术的可穿戴脑电图,然而,运动发电的要求可能是此类应用的一个问题。不过不用担心——另一种技术正在开发中,可以使用汗液或唾液来完成这项工作。

 

原文:

https://ieeexplore.ieee.org/document/10081350

 

信息来源:Carbontech

 

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