安全带集成生物传感器可以可靠地跟踪飞行员和驾驶员的警觉性和压力

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在过去的几十年里，电子和生物医学工程师开发出了越来越复杂的生物传感器，这些设备可以接收人类用户的生物信号。这些传感器通常嵌入可穿戴或植入式技术中，在用户移动频繁的环境中（例如在车内），它们的表现往往不太好。
新加坡国立大学和清华大学的研究人员最近开发出一种新型传感器，无需接触用户身体，即可拾取和跟踪心跳和呼吸等生物信号。这种传感器发表在《自然电子学》杂志上的一篇论文中，可用于在人类处于动态和封闭环境（例如飞机机舱、行驶的汽车或公共汽车）时拾取他们的心肺信号。
“监测驾驶员的警觉性或压力对于道路安全至关重要，”论文合著者 Xi Tian 告诉 Tech Xplore。“现有的传感器用于测量疲劳的生理指标，如心率和呼吸，由于不可预测的振动噪音，在行驶的车辆中面临挑战。为了克服这些挑战，我们的研究重点是开发一种能够在动态环境中进行非接触式和可靠健康监测的汽车生物传感器。”
田和他的同事开发的生物传感器基于超材料，这种材料经过精心设计，可以增强或改变其特性。为了制造这种传感器，研究人员将导电线绣成梳状图案，将其绣在安全带上，从而形成一个可以引导无线电波并放大与人体无线交互的表面。
“这种设计能够透过衣服检测细微的生理运动，同时减轻车辆振动和其他乘客产生的环境噪音，”田解释道。“我们的生物传感器使用信号处理管道，在行驶的车辆中持续可靠地监测驾驶员的心跳和呼吸。”
研究人员在一系列测试中评估了传感器的性能，这些测试是在飞机客舱模拟器和行驶中的汽车中进行的。他们发现，集成在安全带中的传感器可以贴合用户的身体，即使在这种动态环境中也能可靠地检测到细微的心肺信号。
“我们证明，在新加坡各种交通条件下，在行驶 1.5 小时的路线中，生物传感器的性能不会受到影响，”田说。“此外，我们还在飞机客舱模拟器中评估了传感器进行持续生理监测的能力，它检测了睡眠期间的心率变化，以进行睡眠-觉醒检测。这些发现强调了生物传感器在各种具有挑战性的环境中进行持续可靠的生理监测的潜力。”
该研究团队开发的新型生物传感器很快将得到进一步改进，并在更多现实场景中进行测试。未来，它可以集成到汽车、飞机和其他交通工具的安全带中，用于监测驾驶员的生理信号并防止致命事故。
“我们未来的研究将专注于缩小传感器的无线电组件，并将其集成到紧凑型模块中，以实现经济高效的大规模生产，”田补充道。“我们还旨在开发解释生理数据的算法，以评估疲劳、压力和驾驶员健康状况。我们计划与汽车制造商合作，在现实环境中完善和验证该系统。”