工程师们正在将薄而柔韧的电子设备和传感器集成到皮带、眼镜、头饰、珠宝、衬衫、鞋子、手表和其他各种各样的产品中。可穿戴电子设备有望从根本上改变从医疗设备到体育用品的一切,它提供了一种简便的方法来监测病人、士兵、运动员和其他用户的生命体征。

这项技术预计将在从战场到工厂的各个地方产生影响。在密苏里州弗格森和纽约市最近发生的备受瞩目的警察滥用职权事件之后,仅执法申请就有望在未来10年猛增。

根据最近的一些研究,可穿戴电子产品市场将在10年内成为一个价值700亿美元的产业。加州大学圣地亚哥分校(University of California at San Diego)是这场革命的中心。事实上,加州大学圣地亚哥分校的雅各布斯工程学院最近创建了可穿戴传感器中心。

该中心主任、纳米工程教授约瑟夫·王(Joseph Wang)表示:“该组织的目标是增加研究人员和教师之间的合作,同时通过开发实时监测情况的可穿戴传感器来支持当地经济。”

可穿戴传感器中心由来自生物工程、计算机科学、电子工程和机械工程等多个学科的15多名教师组成,他们在各种项目上进行合作。

王和他的同事们正在试验嵌入衣服上的可穿戴传感器、临时纹身和贴片,以及可植入设备。他们设想了一种可以随时佩戴无创传感器的应用,以持续监测心率、血糖水平、肌肉疲劳、压力率和其他健康或性能值,如唾液和汗液。

加州大学圣地亚哥分校的工程师们正在开发的先进传感器技术有望改变电子产品和纺织品,就像它们给汽车行业带来的革命一样。

可穿戴传感器中心(Center for Wearable sensors)副主任、电子工程和计算机科学助理教授帕特里克·默斯耶(Patrick Mercier)认为:“20年前,汽车还没有传感器,只有冒出烟来,你才会知道汽车坏了。”“现在,汽车有100多个不同的传感器。许多人在重大问题真正发生之前就发出警报。这和可穿戴传感器的概念是一样的。”

“电力是我们正在应对的最大挑战之一,”王补充道。“我们的目标之一是让可穿戴设备尽可能节能。

Wang解释说:“我们想要制造低功耗的传感器,这样就不需要充电了。”“我们正在开发柔性电池,此外还在寻找各种收集能量的方法,无论是通过体温、运动、出汗还是无线电波。”

加州大学圣地亚哥分校的工程师们还在试验各种可弯曲、可伸缩的材料,这些材料可以承受人体的机械压力。“我们使用先进的织物和塑料,比如聚酰亚胺,”王说。“另一个挑战是如何处理、存储和保护所有生成的数据。”

一些设备已经被开发出来,比如可以分析乳酸水平的临时纹身传感器,以测量一个人在锻炼过程中是否经历肌肉疲劳。其他项目包括用于监测化学标记物的微创微针传感器;用于监测医院病人生命体征的手腕传感器;以及配有生物传感器和生物燃料细胞的护齿套,通过分析唾液来确定一个人的压力水平。

王说:“我们还发明了可在身上打印的传感器,比如检测爆炸物和枪击残留物的法医手指装置。”当美国海军潜水员接近爆炸物时,潜水服里的另一个装置会发出警告。

王和他的同事们目前正在开发世界上第一个“身体上的实验室”,它将以连续多参数传感、无线数据传输、云存储和实时反馈为特色。王说:“这些进展将提供对穿戴者整体生理状态的全面评估。”