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可穿戴傳感器發展迅速,使用范圍有哪些

五度易鏈 2018-10-24 1744 81

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根據中國科學院文獻情報中心和投中研究院最新公布的《2018可穿戴傳感器產業技術報告》顯示,自2016年以來,全球可穿戴設備出貨量與營收規模約以13%的年增長率保持平穩增長,其營收規模已經達到了近350億美元/年。


  根據當前數據,可穿戴設備市場這幾年的增長速度開始放緩。從長遠來看,這也是一種好狀況,證明這個行業的發展開始趨于穩定。

      根據中國科學院文獻情報中心和投中研究院最新公布的《2018可穿戴傳感器產業技術報告》顯示,自2016年以來,全球可穿戴設備出貨量與營收規模約以13%的年增長率保持平穩增長,其營收規模已經達到了近350億美元/年。

  可穿戴傳感器的當前應用

  可穿戴傳感器除了具有壓力傳感功能,還具有現實和潛在應用的多種功能,體溫和脈搏檢測、表情識別和運動監測等。

  1,溫度檢測

  人體皮膚對溫度的感知幫助人們維持體內外的熱量平衡。電子皮膚的概念最早由 Rogers 等提出,由多功能二極管、無線功率線圈和射頻發生器等部件組成。這樣的表皮電子對溫度和熱導率的變化非常敏感,可以評價人體生理特征的變化,比如皮膚含水量,組織熱導率,血流量狀態和傷口修復過程。為了提高空間分辨率、信噪比和響應速度,有源矩陣設計成為了最優選擇之一。Ha等制備了包含單壁碳納米管薄膜晶體管的,可拉伸的聚苯胺納米纖維溫度傳感器有源矩陣。其展示了 1.0%?℃-1的高電阻靈敏性,在15到45 ℃范圍內得到了1.8 s 的響應時間,在雙向拉伸 30%下依然保持穩定。

  2,脈搏檢測

  可穿戴個人健康監護系統被廣泛認為是下一代健康監護技術的核心解決方案。監護設備不斷地感知、獲取、分析和存儲大量人體日常活動中的生理數據,為人體的健康狀況提供必要的、準確的和長期的評估和反饋。在脈搏監測領域,可穿戴傳感器具有以下應用優勢: (1)在不影響人體運動狀態的前提下長時間的采集人體日常心電數據,實時的傳輸至監護終端進行分析處理; (2)數據通過無線電波進行傳輸,免除了復雜的連線。可以粘附在皮膚表面的電學矩陣在非植入健康監測方面具有明顯優勢,而且超輕超薄,利于攜帶。最近,鮑哲楠等發展了一種基于微毛結構的柔性壓力傳感器(見圖6)。這種傳感器對信號的放大作用很強。 通過傳感器與不規則表皮的有效接觸最大化,觀察到了大約12倍的信噪比增強。另外,這種 PDMS 的微毛結構表面層提供了生物兼容性的非植入皮膚共形附著。最后,這種便攜式的傳感器可以無線傳輸信號, 即使微弱的深層頸內靜脈搏動也可以獲取到。

  3,運動監測

  在能與人體交互的診療電學設備中,監控人體運動的應力傳感器備受矚目。監測人體運動的策略可以分為兩種: 一種是監測大范圍運動,另一種是監測像呼吸,吞咽和說話過程中胸和頸的細微運動。適用于這兩種策略的傳感器必須具備好的拉伸性和高靈敏度。而傳統的基于金屬和半導體的應力傳感器不能勝任。所以,具備好的拉伸性和高靈敏度的柔性可穿戴電子傳感器在運動監測領域至關重要。Kim等通過干紡的方法制備了高度取向性的碳納米管纖維彈性應力傳感器。 因為其在柔性基底上制備,結果得到了超過900%的拉緊程度,高靈敏度,快速響應和好的持久性。高彈性的應變儀在不同體系中具有巨大應用潛力,如人體運動和可穿戴傳感器。Hata 等制備了定向排列的單壁碳納米管薄膜。當拉伸時,碳納米管破裂成島-橋-間隙結構,形變可以達到280%(是傳統金屬拉力計的50倍)。將這種傳感器組裝在長襪、繃帶和手套上,可以監測不同類型的動作,比如移動、打字、呼吸和講話等。

  可穿戴傳感器的潛在發展方向

  未來,傳感器感測多個物理信號的功能需求和環境感知應用對于實時工作傳感器處理的需求將不斷增長。傳感器技術的潛在發展方向:

  多傳感器融合;選擇具有良好生物兼容性的傳感器材料;低功耗下具有高靈敏度。

  首先,可穿戴設備集成更多傳感器,這一趨勢未來幾年還將加快。人們對于可穿戴設備的功能需求不斷增加,這就需要集成更多的傳感器。集成更多傳感器的明顯優勢在于,能增加設備的功能,從而使其能夠測量更多參數。另外,還能提高所收集數據的精確性。

  其次,可穿戴設備需要更好的符合人體工程學設計,更好的貼合人類的肢體,因此新材料的應用,實現柔性可穿戴電子傳感器的高分辨率、高靈敏、快速響應、低成本制造和復雜信號檢測仍然是一個很大的挑戰。

  現階段的可穿戴設備要在續航和能耗方面進行改進,可以從可穿戴設備使用的電源方面下手解決。從現在的科技來分析,如果能夠解決電池的續航問題,可穿戴設備的市場擴展會增大。

      

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