口腔可穿戴设备的研究进展

综述了防护牙托、牙齿传感器、可穿戴式肌电图设备、奶嘴式可穿戴设备、舌设备等口腔可穿戴设备的研究进展,分析了口腔可穿戴设备的优缺点,提出了目前口腔可穿戴设备发展面临的挑战,指出了建立统一有效的标准诊断数据系统、提高设备的舒适感和隐蔽性、发展材料及工艺、实现集-诊-疗的智能统一是未来口腔可穿戴设备的发展趋势。

作物茎秆膨胀收缩监测柔性可穿戴传感器研制与试验

作物茎秆膨胀和收缩变化与其水分状态密切相关,实时监测茎秆的膨胀和收缩变化能够及时掌握作物水分状态,对指导灌溉、提高农业水资源利用率具有重要意义。目前,对于作物茎秆膨胀和收缩变化的监测主要采用基于线性微位移测量原理的传感器,通过测量茎秆的膨胀和收缩引起的位移变化来反映水分状态,存在体积大、价格高、安装不便等问题。为此,该研究提出了一种基于压阻效应的柔性可穿戴传感器,采用柔性压力电极作为传感元件,贴附在作物茎秆表面,通过监测茎秆膨胀和收缩引起的压力变化来反映作物的水分状态,压力检测电路和数据采集电路将作物茎秆的压力信号转换成电信号进行输出和存储。首先在实验室环境下对传感器性能进行测试和标定,然后在温室环境下将传感器安装在番茄茎秆上观测番茄茎秆的压力变化,并与线性微位移传感器观测结果进行比较,最后在充分灌溉和水分亏缺2种条件下观测番茄茎秆的膨胀和收缩变化。结果表明,柔性压力传感器稳定性测试的平均相对变化率为0.109%;弯折前后引起的输出变化非常小,可以忽略不计;标定结果的决定系数大于0.99,最合适的工作压力范围为2~100 kPa;实验室环境下,柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值之间的决定系数为0.9551;温室环境下,充分灌溉组中柔性压力传感器与线性微位移传感器输出值变化趋势一致,两者之间的决定系数为0.7672,亏缺灌溉组中两类传感器输出值均因水分亏缺而呈现下降趋势,输出值之间的决定系数为0.8519。本文所设计的柔性可穿戴压力传感器不仅能够实时监测番茄茎秆的膨胀和收缩变化,还可以对番茄亏水胁迫进行诊断,为实现高效节水灌溉提供重要的技术支撑。

可穿戴生理信息监测的自供电系统研究

设计与制作了一种应用于可穿戴生理信息监测的自供电系统,利用压电-光电复合能量收集装置采集人体运动时足底的机械能和室内光能。复合能量收集装置以运动鞋为载体,设计了多种结构压电能量收集器固定在鞋底,光电能量收集器粘接在鞋面,收集到的能量存储在超级电容中,同时设计了一套能够定时、按需供电的能量管理控制电路,控制生理信息监测系统每隔20 min上电一次,并且测量结束即刻断电。经测试,光电能量收集装置在室内从早上7点至晚上7点的平均输出功率达到590μW,压电能量收集装置在1.2 m/s的匀速步行状态驱动下的平均输出功率达540μW以上,复合能量输出功率能够稳定在1.124 mW以上,即20 min产电1.349 J。对系统各单元进行数据采集测试以及功耗测试,得出系统一个工作周期耗能1.04 J。从能量收支平衡来看,利用运动机械能与光能复合供电的生理信息采集系统可实现自我维持定时工作,具有一定的应用参考价值。

柔性可穿戴湿敏传感器制备及呼吸检测实验

该文以壳聚糖/导电炭黑复合薄膜作为敏感层,构建了高性能湿度传感器,并研究了传感器件微结构薄膜对呼吸检测敏感的机理。该文展开实验测试了传感器的湿度及呼吸响应特性,使用灵敏度、响应恢复特性、重复性等参数评价传感器性能,同时基于LabVIEW技术实现了湿敏/呼吸信号的实时读取与处理、单片机与电脑终端通信、呼吸波形显示等功能。该检测平台成本低、易操作,为传感器检测技术的实际应用提供了借鉴,同时可促进学生对柔性可穿戴传感器检测实验与应用的深度理解,有效提升课堂教学效果和学生的学习积极性。

可穿戴设备评估帕金森病患者丘脑底核脑深部电刺激术后短期步态变化

目的应用可穿戴设备评估帕金森病患者丘脑底核脑深部电刺激术后短期的步态变化。方法在未服药/未开机、服药/未开机和未服药/开机3种不同的治疗状态下,让患者佩戴可穿戴传感器完成计时起立行走测试,收集并分析时空运动参数。结果共13例平均病程(8.00±1.38)年的接受双侧丘脑底核脑深部电刺激的帕金森病患者被纳入研究。与未服药/未开机状态相比,脑深部电刺激使患者的起立行走测试总用时由(30.63±17.58)s缩短至(19.50±5.78)s(P=0.003),步长由(39.44±14.34)cm增加至(49.46±13.41)cm(P=0.004)、步速由(0.68±0.27)m/s增加至(0.91±0.25)m/s(P=0.005),躯干前倾最大角度由(-25.32°±10.83°)减少至(-17.32°±12.49°)(P=0.047),躯干后倾最大角度由(-22.03°±11.24°)减少至(-13.16°±12.83°)(P=0.022),差异均有统计学意义。结论在术后短期内,丘脑底核脑深部电刺激可以缩短帕金森病患者起立行走测试用时,显著增加患者步长及步速,减少患者行走过程中躯干前倾角度。

面向可穿戴电子产品的自供能摩擦电纺织品研究进展

伴随着人们对智能穿戴的需求日益增加,为解决可穿戴电子产品的供能问题,各种能源转化技术接连涌现,摩擦电纺织品凭借其在低频机械能收集和自驱动传感器等方面的优异表现脱颖而出,成为能源织物领域的佼佼者。为提高摩擦电纺织品的能量转换效率与舒适自然的穿戴感,基于摩擦电技术的理论,探讨了接触起电的物理机制,从材料、结构、运行模式以及功能性等角度出发,总结了纱线基摩擦纳米发电机、织物基摩擦纳米发电机与非织造布基摩擦纳米发电机的发展历程,综述了摩擦电纤维在柔性传感、电子皮肤、智能机器人、交互式设备等领域的应用情况,指出目前摩擦电纺织品所面临的挑战以及未来的机遇,以期为摩擦电技术与传统纺织业的高值化结合提供一些理论参考。

适老化矫形康复类可穿戴产品的设计方法研究

为了满足健康老龄化背景下,老年人群对矫形康复类可穿戴产品不断增长的使用需求,解决现有产品设计中存在的品类细分与设计方法相对缺失、与用户个性化需求不匹配等问题,本文从适老化、矫形康复及可穿戴角度出发,在挖掘核心需求要素基础上提出了“核心需求+三化四性”设计原则;基于肢体形态扫描、NURBS曲面重构、误差分析及优化设计等技术构建了多学科交叉融合的创新设计方法;综合主观舒适性、功能量表、步态、肌电、足压等实验制定了主客观评价方法;进而创新性地提出了适老化矫形康复类可穿戴产品的设计方法,并以足形矫正器为例,进行了矫形康复产品创新设计实践及实验验证。研究结果表明,本文提出的设计方法可有效满足矫形康复类可穿戴产品设计及评价要求,同时也为其它适老化康复类可穿戴产品的设计提供了理论依据。

针对抑郁症患者的智能可穿戴服饰产品研究进展

为探讨当前服装科技领域对抑郁症患者智能可穿戴服饰的研究进展,基于该类产品使用者的需求现状,从生理和心理2个角度分析了抑郁症患者的需求;结合智能设计与制造领域的研发现状,着重剖析了该类产品核心模块设计中的低功耗技术、传感技术与系统集成技术;在此基础上,对未来针对抑郁症患者的智能可穿戴服饰产品从材料、制造、电子元件与外观设计4方面提出了具体的发展建议,鼓励产品朝着安全便携、环保节能、实用美观等方面转型升级,以更好地为抑郁症患者提供帮助。

可穿戴人体无创血压测量技术

针对传统的连续无创血压测量设备结构复杂、体积大、不宜穿戴、限制患者运动等问题,设计一种可穿戴设备对人体血压进行实时无创测量。通过硬件设备同步获取心电-脉搏波信号,设计信号处理算法,提取特征点用于后续血压估计。应用MIMIC数据中心电-脉搏-血压信号计算脉搏波传导时间及射血前期,并利用最小二乘法进行线性回归分析,构建血压测量模型,实现个性化血压检测算法。实验验证结果表明:采用该技术检测人体血压时,误差的标准差在±8 mmHg(1 mmHg≈133 Pa)范围内,平均绝对误差小于5 mmHg,满足AAMI国际血压计准确性评价标准的要求。

柔性可穿戴压电超声传感器研究进展

介绍了柔性可穿戴压电超声传感器压电层、背衬层、匹配层、封装层、电极层的结构设计和材料选择,论述了利用有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)技术进行柔性可穿戴压电超声传感器模拟设计的优势,阐述了电极图案化等柔性可穿戴压电超声传感器制造领域中的关键技术,分析了柔性可穿戴压电超声传感器在深层组织成像、血流动力学监测、促进骨损伤恢复、辅助透皮给药等领域的应用情况。展望了柔性可穿戴压电超声传感器的发展方向,指出未来可通过应用高性能信号处理技术、改进超声探测成像算法、优化传感器结构设计方案等手段,进一步提升柔性可穿戴压电超声传感器的测量准确性、使用安全性和集成化程度,促进该类传感器市场化、产业化发展。

用于触摸屏交互的可穿戴指端力反馈系统设计

力触觉再现技术在增强用户与触摸屏交互的真实感和沉浸感方面发挥着越来越重要的作用,设计了一种面向触摸屏图像信息感知的可穿戴指端力反馈装置。设计基于线绳牵引驱动的指端力反馈机构,将装置分为驱动和可穿戴部分,使其具备小巧、轻便、易佩戴的特点。设计测控系统,实现了输出反馈力的检测和控制。研究图像信息提取和力触觉建模算法,获取图像中物体的三维特征信息,配合力反馈装置和测控系统实现图像纹理高度、外形轮廓信息再现反馈。实验结果表明,该装置最大可以提供5.3 N的反馈力,能够帮助用户感知触摸屏中图像的高度和形状信息。

个人健康信息收集的法律与伦理规制研究——基于可穿戴设备专利信息分析

近年来,公众对健康管理的重视程度不断提高,可穿戴设备专利应用前景广阔。然而,可穿戴设备在收集和使用个人健康信息时缺少规制,存在伦理和法律上的风险。通过专利信息分析,表明可穿戴设备专利当前处于研发热点,相关专利技术实施存在对用户个人健康信息的隐私侵害风险、管理漏洞风险和永久监视风险。本研究基于不同责任主体提出了具体的完善建议,以期促进可穿戴设备专利技术发展的同时确保其中所涉个人健康信息获得合理保护,实现技术创新与个人信息保护的双重目标。

加载人工磁导体的双频柔性可穿戴天线

该文研究了一种加载人工磁导体(AMC)的双频柔性可穿戴天线,天线的谐振频率为3.5 GHz和5.8 GHz。天线由双频单极子天线和4×4阵列的双频人工磁导体构成,均采用柔性材料作为介质基板。天线尺寸为0.70λ_(0)×0.70λ_(0)×0.05λ_(0)(λ_(0)为3.5 GHz时的自由空间波长)。人工磁导体的介质基板为3层结构,增加了相位响应,使用双环开槽结构延长电流路径长度,实现了双频的宽带同相位反射。人工磁导体的引入有效降低天线的背向辐射,从而降低比吸收率(SAR),同时提高天线的增益。仿真结果表明,该天线性能受结构变形和人体载荷的影响较小。在工作频段内天线的阻抗带宽分别为7.5%和4.0%;峰值增益分别为7.86 dBi和8.06 dBi。在3.5 GHz和5.8 GHz的比吸收率分别为0.2 W/kg和0.06 W/kg,均小于美国联邦通信委员会标准。为了验证仿真结果,对天线进行加工测试,实测与仿真结果基本一致。实验结果表明,加载人工磁导体的天线具有良好的鲁棒性和增益以及较低的比吸收率,适用于可穿戴无线通信系统。

基于可穿戴设备的开放集动作识别技术研究

随着智能手表、手环等可穿戴设备的普及,将其用于人体行为识别领域并从中解码出人类行为活动,对于健康监测、日常行为分析、智能家居等应用具有重要意义。然而,传统的动作识别算法存在特征提取困难、识别准确率较低等问题,并且均基于封闭集假设,即所有的训练数据和测试数据均来自同一个标签空间,而现实世界中大多都是开放集(Open-Set)场景,在测试阶段可能会将未知标签样本送入模型,从而导致分类错误。文中针对人体动作识别问题,提出了多通道自适应卷积网络(Multi-channel Adaptive Convolutional Network,MCACN),针对传统CNN网络特征提取仅局限于一个小范围内的问题,自适应卷积模块能够使用不同大小的卷积核提取不同时间跨度的特征,并自动计算权重求和。此外MCACN的多通道结构使各传感器数据得以分头进行处理,获得能够区分相近动作的特征细节。最后,设计了基于标签的多元变分自编码器,提出了用于开放集识别的模型MCACN-VAE。该模型能够通过计算重建误差来识别未知类,聚焦于已知类别动作,提高了模型的健壮性。实验结果表明,在封闭集实验中,MCACN模型能够有效地对动作进行识别,对7种日常动作的识别准确率均达到了91%以上,总体准确率达到了95%。在开放集实验中,MCACN-VAE在不同开放度下对于已知类别的总体识别准确率均达到了89%以上,对于未知动作片段的识别准确率也保持在75%以上,证明了所提模型能够有效拒绝未知类,识别已知类。

纸基柔性传感器可穿戴设备在人体运动中的应用

纸基柔性材料是一种新型材料,其具有轻便性、高延展性能。柔性可穿戴设备由柔性材料制作而成,有轻便、舒适性高、应用范围较广等优点,有望弥补传统的可穿戴设备的不足,被广泛应用于各领域中。国内外有不少文献报道用纸基柔性材料制备的柔性可穿戴设备应用领域。相较于传统设备,它们不仅在用户体验舒适度方面取得巨大突破,还在功能上得到延伸创新以满足多种临床应用场景的需求。基于此,简单介绍纸基柔性可穿戴设备的工作原理及分类,并围绕人们的运动、居家康复、健康检测等几个方面阐述近年来柔性可穿戴设备在康复领域中的研究进展。

面向采摘机器人采摘作业的可穿戴设备控制系统设计

介绍了肌电传感器的工作原理,设计了基于MYO可穿戴设备的手指姿态采集与处理模块,并基于BP神经网络实现了对操作人员的手势识别,实现了基于MYO可穿戴设备的采摘机器人采摘控制。实验结果表明:系统准确识别率高达97.33%,平均响应时间只有36.94ms,交互控制准确度高,能够完成对采摘机器人的远程控制,具有准确性和可行性。

过往经验驱动下失智老人可穿戴产品的交互设计模式

为了缓解失智老人因记忆、逻辑能力下降所引起的困难,本研究从过往经验视角探讨其可穿戴产品的交互设计模式。该研究采用访谈法等方法分析了可穿戴产品的三条交互设计路径。在此基础上,采用行为分析等方法,提出了简削交互设计模式,并将其总结为特征累积、特征判断、经验匹配和交互方式4个核心阶段,提出了较相似、偏清晰和重引导3种设计策略,并结合两款可穿戴产品的交互设计进行阐述。结果表明,基于过往经验的可穿戴产品交互设计模式符合失智老人的操作能力,有望为后续理论研究和设计创作提供参照。

可穿戴智能设备数据安全研究

随着可穿戴智能设备市场的迅猛扩张,数据安全与隐私保护的议题日益成为公众与业界的关注焦点。在深入分析现有研究的基础上,综合阐述消费类可穿戴智能设备在数据安全领域所面临的核心要求和挑战。构建一套评估指标体系,探讨测评技术方法,并介绍相应的测评工具。旨在推动可穿戴设备市场向着更加安全和规范化的方向发展,确保用户的数据安全得到切实有效的保障。

可穿戴设备在体育课后服务中的应用与影响研究

随着科技的日新月异,可穿戴设备如智能手环、运动手表、健康监测设备等,已经逐渐从科技前沿走进了大众的日常生活。它们凭借其便携性、实时反馈和数据分析等独特优势,在众多领域都展现出了极高的应用价值。特别是在体育教育领域,可穿戴设备的应用正逐渐成为一种趋势,其在体育课后服务中扮演的角色也日益凸显。本文将深入探讨可穿戴设备在体育课后服务中的应用及其带来的益处,同时也不回避其存在的问题,并提出相应的改进建议。

基于生理监控的智能可穿戴服装研究

文章综述国内外智能可穿戴服装在生理监测方面的研究和进展,对实例中所应用的智能可穿戴技术进行总结。详细解释可穿戴2.0智能服装系统的构成及工作原理,并提出其通用架构。对智能服装系统的模块构成进行剖析,对其所搭载的Arduino等关键技术进行阐述。该研究旨在为相关人员在智能可穿戴服装的可持续数据监测开发与生理监测、生活环境辅助、物联网交互等方面的设计提供参考。