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无电池3D打印可穿戴设备来了

 

来源:器械之家,未经授权不得转载,且24小时后方可转载。

随着新技术的不断涌现,可穿戴设备有望成为持续疾病监测的新领域。

最近亚利桑那大学的工程师团队开发了一种为每个用户定制的 3D 打印可穿戴设备,目前暂时称之为“生物共生装置”。

这种穿戴设备是基于目标用户的身体扫描,使用 3D 打印创建的轻质透气网眼,个性化的贴合意味着设备不需要粘合剂来保持原位,可以在身体的不同部位使用,像手套一样贴合人体。这项技术可用于监测各种生理参数,包括运动期间的体温和肌肉变形。

最引人注目的是,这种设备不需要电池!而是通过远场能量收集从用户在几米范围内设置的电力投射设备中无线获取电力!实现全天候运行!同时设备可以透过蓝牙与智能手机进行通信。

在实际应用中,如果想要检测核心体温,用户可以选择把传感器放在腋下。又比如,在健身过程中,如果想要了解二头肌在锻炼中的变形方式,也可以在手臂位置定制传感器完成这一目标。

这种自由的穿戴方式能够收集到传统的腕戴式可穿戴设备无法取得的数据。

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创造可穿戴设备新概念

这一开发团队由亚利桑那大学的生物医学工程助理教授Philipp Gutruf 领导,在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。

据 Gutruf 介绍,他们创造了一种全新的概念。

当前的可穿戴传感器面临各种限制。例如,智能手表需要充电,而且由于它们只能戴在手腕上,收集的数据有限。而通过使用佩戴者身体的 3D 扫描(可以通过 MRI、CT 扫描甚至智能手机图像等方法收集),Gutruf 和他的团队可以 3D 打印定制的设备,这些设备可以包裹身体的各个部位。

由于这些生物共生装置是为佩戴者定制的,所以它们也非常敏感。Gutruf 的团队测试了该设备在使用者跳跃、在跑步机上行走和使用划船机时监测参数的能力,包括温度和应变。在测试中,受试者佩戴多个设备,以精细的细节跟踪运动强度和肌肉变形的方式。结果显示这些设备足够准确,可以检测包括步行一段楼梯引起的体温变化。

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连续、无线、轻松

Gutruf 和他的团队并不是第一个使用可穿戴设备来跟踪身体功能的人。然而,目前的可穿戴设备不具备持续跟踪指标的能力,或者无法以足够的精度得出具有医学意义的结论。

目前开发的一些可穿戴设备是贴在皮肤上的贴片,但当用户运动时,或者有时当受试者出汗时,它们就会脱落。即使是在临床环境中使用的高度复杂的可穿戴设备,例如心电图监测器,也面临这些问题。此外,它们不是完全无线的,这限制了用户的移动性和生活体验。

Gutruf 团队推出的生物共生装置还包括一个小型能量存储单元,因此即使佩戴者离开系统的范围,包括走出家门,它也能正常工作。

这项研究由弗林基金会转化生物科学种子赠款试点计划资助。该团队还一直与大学的商业化部门 Tech Launch Arizona 合作,以保护知识产权并且即将启动一家初创公司,将技术推向市场 。

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百亿可穿戴市场

据市场研究机构IDC数据,2021年第二季度,全球可穿戴设备市场出货量达1.142亿台,根据技术研究和咨询公司IDTechEx的数据,把消费者活动跟踪器,无线耳机和“智能”服装等设备考虑在内,可穿戴设备市场市值在五年内翻了一番,从2014年的260亿美元左右增至2019年的670亿美元。

《2021中国智能可穿戴设备产业研究报告》,中国智能可穿戴设备杭亚将保持高速增长态势,预计2020-2025年市场规模复合增长率为20%,到2025年市场规模有望突破1500亿元。随着智能可穿戴设备在国内外市场的快速发展,智能可穿戴设备行业标准化建设也被列入政策清单,同时“互联网+健康医疗”战略的落地推进也在不断加速行业发展。

品牌市场排名方面,苹果稳坐头把交椅,小米、三星、华为、Fitbit 在前五中各占一席。

面对巨头的不断涌入,可穿戴赛道显得有些拥挤,小公司想要求生存,一定要抓住创新点。不少机构已经开始另辟蹊径,从无线无电池入手研发新品。

比如加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授 Joseph Wang 的纳米生物电子团队开发的柔性电子部件组合可以将运动产生的能量转化为电能的装置,称为摩擦发电机,位于衬衫外的前臂和靠近腰部的躯干两侧。在走路或跑步时通过手臂靠在躯干上的摆动运动来获取能量。

让人耳目一新!

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