天天快讯:帝国理工学院新研究：将传感器织进T恤和口罩，用于检测呼吸心率

来源：Tech Xplore 　2022-09-27 08:38:43

智东西（公众号：zhidxcom）

编译|曹玉蓓

编辑 | Panken

(资料图片)

智东西9月26日消息，根据Tech Xplore报道，伦敦帝国理工学院的研究人员最近在T恤和面罩中嵌入了新的低成本柔性传感器。目前，这项技术的潜在应用场景涵盖了从监测运动、睡眠、氨气，到通过呼吸和生命体征诊断、监测疾病。

与其他可穿戴设备中的传感器所不同的是，这款柔性传感器保留了织物的固有特性，如耐磨性、透气性和可以接触皮肤，触感更好。

一、基于棉制造柔性传感器，1元生产1米，让制造、成本不是问题

这款传感器是由一种名叫PECOTEX导电线纺织而成，而PECOTEX则是由伦敦帝国理工学院基于棉开发完成的，每生产1米长的这种PECOTEX导线，成本可以低至0.15美元（折合1.07人民币）。

PECOTEX可以做到将十几个传感器无缝纺织到衣服里，在设计时，研究人员已经注意到让PECOTEX与行业标准的电脑纺织机相兼容，便于之后的纺织制造。

PECOTEX导电线论文的第一作者、伦敦帝国理工学院生物工程系的博士候选人Fahad Alshabouna说：“服装面料作为一种柔性的介质，可以使我们研发的传感器得到更广泛的应用，并且，我们已经解决了生产上的大部分问题，让这种传感器生产起来更方便，这也意味着，当扩大制造规模后，市场或许会迎来新一代的基于服装的可穿戴设备。”

该团队的研究人员们将传感器织在口罩中用来监测呼吸，将传感器织在T恤里以监测心脏活动，将传感器织在各种家居纺织品中以监测氨等气体，从呼吸中监测是否混合了氨的成分，来监测人们的肝肾功能。据了解，开发氨传感器，目的也是为了测试气体传感器是否也可以和纺织也进行很好的融合。

Fahad补充说：“我们已经展示了在监测心脏活动、呼吸以及传感气体方面的应用。未来的潜在应用场景包括了疾病的诊断、监测和治疗上，还可以用于电池、加热器和抗静电的服装里。”截至目前，该研究已经发表在了《今日材料》上。

二、如何让可穿戴传感器变得更完美？需要一款合适的导电线

如今可穿戴传感器并不是一件稀奇事儿，抬头一看，可能就会发现办公室里某位同事手腕上正戴着一款智能手表，这些硬件上的传感器是以非侵入的方式持续监测身体健康和各方面状况。

即便它们的普及率已经达到今天这种程度，这类可穿戴设备上的传感器仍然存在着一个“硬伤”，即依然没有寻到一款合适的导电线，这也是无缝集成到衣服中的可穿戴传感器尚未在市场上广泛使用的原因所在。

为了和目前市场上的银基导电线做对比，研究人员将传感器织入衣服时以及织入后的情况，和银基导电线传感器进行了对比测试。

▲ PECOTEX与银基线对比图

织入过程中，研究人员发现，PECOTEX更可靠，且不易断裂，这种特性使得PECOTEX可以纺织很多层，从而可以让研究人员有更多的发挥空间研究出更复杂的传感器类型。织入后，PECOTEX的电阻比银基线更低，也就是说，PECOTEX在导电方面表现更好。除此之外，PECOTEX这种材料还可以在30°C的温度下进行机洗。

关于PECOTEX这篇论文的主要作者Firat Güder博士，是伦敦帝国理工学院生物工程系的副教授，此前在哈佛大学生物化学系George M. Whitesides教授课题组从事研究工作，他说道：“PECOTEX性能强大，延伸性好，可以适应更多的需求，使用家用和工业电脑纺织机也可以进行低成本大批量生产。目前，我们正在研究在日常服装中加入这种可穿戴传感器，以期打开更多的可能性。PECOTEX已经可以完成无缝纺织，用来监测呼吸、心率和气体，在未来，可能还会用来辅佐诊断和监测疾病的治疗。”

结语：柔性传感器的技术发展空间大，落地方向广阔

伦敦帝国理工学院的研究员们，在接下来将探索个性化医疗的储能问题、能量收集问题，以及生化传感这样的新应用领域，并寻找商业化合作伙伴。

而PECOTEX目前已经具备的优势是初步解决了新技术面临的一大困扰，即生产成本问题，在设计之初，研究员们也已经让PECOTEX与行业标准的电脑纺织机相兼容，在生产成本问题之上，研究员们也在力图解决生产便捷性的问题。

此外，考虑到柔性传感器更加便捷，舒适感更强，中国在这一块也并没有落下。

由于柔性传感器的研发，是纺织专业和电子工程相关专业学科交叉碰撞后的结果，所以在进展上，纺织历史悠久的中英两国进展也都比较快。国内的一家企业——棉捷科技在2014年就推出了自己研发生产的bodyta纤维传感器，在具有纺织品贴身无感、任意弯曲、可洗涤等特性的同时，能完成心电、脑电、压力、张力等信号的感知、传导、计算和控制。

如今，棉捷科技的bodyta纤维传感器技术已被小米等AIoT公司应用在了心电衣、床、人体工学椅等身体数据智能设备中。而在未来，PECOTEX的团队成员们或许也会逐渐将自己的技术植入到更多的产品中。

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