17 نوامبر 2024 – توسط Ingrid Fadelli، حسگر زیستی متامتریال گلدوزی شده سیگنال های بی سیم را در امتداد کمربند ایمنی منتشر می کند تا با بدن انسان تعامل داشته باشد و امکان تشخیص مطمئن سیگنال های تنفس و ضربان قلب را فراهم می کند. اعتبار: Zeng et al.
در دهه‌های گذشته، مهندسان الکترونیک و بیوپزشکی، حسگرهای زیستی پیچیده‌تری را توسعه داده‌اند، دستگاه‌هایی که می‌توانند سیگنال‌های بیولوژیکی را از کاربران انسانی دریافت کنند. این حسگرها که عموماً در فناوری‌های پوشیدنی یا کاشتنی تعبیه شده‌اند، اغلب در تنظیماتی که کاربران زیاد حرکت می‌کنند، مانند داخل خودرو، عملکرد خوبی ندارند.
محققان دانشگاه ملی سنگاپور و دانشگاه Tsinghua اخیرا حسگر جدیدی ساخته اند که می تواند سیگنال های بیولوژیکی مانند ضربان قلب و تنفس را بدون تماس با بدن کاربران دریافت و ردیابی کند. این حسگر که در مقاله‌ای در Nature Electronics ارائه شده است، می‌تواند برای دریافت سیگنال‌های قلبی ریوی انسان‌ها در حالی که آنها در محیط‌های پویا و بسته هستند، مانند کابین هواپیما، ماشین در حال حرکت یا اتوبوس استفاده شود.
شی تیان، یکی از نویسندگان مقاله، به Tech Xplore گفت: نظارت بر هوشیاری یا استرس رانندگان برای ایمنی جاده ضروری است. حسگرهای موجود طراحی شده برای اندازه‌گیری نشانگرهای فیزیولوژیکی خستگی، مانند ضربان قلب و تنفس، در وسایل نقلیه در حال حرکت به دلیل نویز ارتعاشی غیرقابل پیش‌بینی با چالش‌هایی مواجه می‌شوند. برای غلبه بر این چالش‌ها، تحقیقات ما بر روی توسعه یک حسگر زیستی خودرویی متمرکز شد که قادر پایش سلامت در محیط های پویا غیر تماسی و قابل اعتماد باشد..”
بیوسنسور توسعه یافته توسط تیان و همکارانش بر اساس فرامواد است، موادی که به دقت مهندسی شده اند تا خواص خود را افزایش دهند یا تغییر دهند. محققان برای ساخت حسگر خود، نخ‌های رسانا را که به صورت یک الگوی شانه‌ای مرتب شده بودند روی کمربند ایمنی گلدوزی کردند و به سطحی رسیدند که امواج رادیویی را هدایت می‌کند و تعاملات بی‌سیم با بدن انسان را تقویت می‌کند.
تیان توضیح داد: «این طراحی امکان تشخیص حرکات فیزیولوژیکی ظریف از طریق لباس را فراهم می کند و در عین حال صدای محیطی ناشی از ارتعاشات وسیله نقلیه و سایر مسافران را کاهش می دهد. “با استفاده از خط لوله پردازش سیگنال، بیوسنسور ما نظارت مستمر و قابل اعتمادی بر ضربان قلب و تنفس راننده در یک وسیله نقلیه در حال حرکت فراهم می کند.”
محققان عملکرد سنسور خود را در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها که در شبیه‌ساز کابین هواپیما و در یک ماشین در حال حرکت انجام شد، ارزیابی کردند. آنها دریافتند که سنسور یکپارچه کمربند ایمنی آنها با بدن کاربران مطابقت دارد، در حالی که به طور قابل اعتماد سیگنال های قلبی ریوی ظریف را حتی در این تنظیمات پویا تشخیص می دهد.
تیان گفت: “ما نشان دادیم که عملکرد حسگر زیستی در یک وسیله نقلیه در حال حرکت در طی یک مسیر 1.5 ساعته در سنگاپور تحت شرایط مختلف ترافیکی تحت تاثیر قرار نگرفت.” علاوه بر این، ما توانایی سنسور را برای نظارت فیزیولوژیکی مداوم در شبیه‌ساز کابین هواپیما ارزیابی کردیم، جایی که تغییرات ضربان قلب را در طول خواب برای تشخیص خواب و بیداری تشخیص داد.
حسگر زیستی جدید توسعه یافته توسط این تیم از محققان به زودی می تواند بیشتر بهبود یابد و در سناریوهای واقعی دیگر آزمایش شود. در آینده، می‌توان آن را در کمربند ایمنی خودروها، هواپیماها و سایر وسایل حمل‌ونقل ادغام کرد تا به عنوان راهی برای نظارت بر سیگنال‌های فیزیولوژیکی رانندگان و جلوگیری از تصادفات مرگبار باشد.
تیان افزود: «تحقیقات آینده ما بر کوچک سازی اجزای رادیویی حسگر و ادغام آنها در ماژول های فشرده برای تولید انبوه مقرون به صرفه تمرکز خواهد کرد. “همچنین هدف ما توسعه الگوریتم‌هایی است که داده‌های فیزیولوژیکی را برای ارزیابی خستگی، استرس و وضعیت سلامت راننده تفسیر می‌کند. ما قصد داریم با تولیدکنندگان خودرو همکاری کنیم تا سیستم را در تنظیمات دنیای واقعی اصلاح و اعتبار سنجی کنیم.”
