AirPods 成为可穿戴脑机接口，从预防老年痴呆到成为 VR 传感器

AirPods成为可穿戴脑机接口，从预防老年痴呆到成为VR传感器加州大学圣地亚哥分校研究了一种可用于AirPods的外层柔性传感器，由于耳道靠近中枢神经系统，该传感器可以同时监测脑电波和乳酸浓度。脑状态和代谢物的监测是对早期疾病检测、健康监测、VR/AR应用产生重大影响的两个维度。耳朵靠近中枢神经系统、主要脉管系统和听觉皮层。该传感器除了可获取脑电图、眼电图、皮肤电活动、脉率和血氧饱和度等多个生理参数，还可以从多个外分泌汗腺分析重要代谢物。数据通过耳机无线传输，实时分析佩戴者的认知变化、压力、情绪，神经退行性疾病(如癫痫、阿尔茨海默症、帕金森)。加上传感器的电化学乳酸监测，还可区分全身性癫痫发作与心因性非癫痫和晕厥事件。https://www.nature.com/articles/s41551-023-01095-1投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

耳塞内置传感器可通过分析脑电波和汗液了解机主健康状况

耳塞内置传感器可通过分析脑电波和汗液了解机主健康状况当设备插入耳朵时，集成电生理传感器会与耳道皮肤接触，从而检测到邻近大脑颞叶的电活动。与此同时，电化学电极还能测量聚集在外耳外耳道部位的汗液中的乳酸盐含量。这些电极表面覆盖着一层亲水性水凝胶，这意味着它能吸水。所有传感器不仅具有柔韧性，而且还具有弹性和缓冲性。这些特性有助于它们舒适地贴合每位患者耳朵的独特轮廓，并在患者进行各种体力活动时与皮肤保持接触。当患者进行这些活动时，传感器会将读数传送到耳塞，耳塞再将数据无线传输到智能手机或笔记本电脑上进行处理。通过结合脑部活动和乳酸数据，医生可以诊断不同类型的癫痫发作、监测运动时所付出的努力或监测压力水平......以及该技术的其他可能应用。传感器适合每个病人的耳朵在迄今为止进行的测试中，使用传感器获得的数据与通过市售脑电图（EEG）耳机和含乳酸盐血液样本获得的数据相吻合。加州大学圣地亚哥分校的帕特里克-梅西埃（PatrickMercier）教授说："这项研究迈出了重要的第一步，表明只需增强人们日常使用的耳塞的功能，就能从人体测量出有影响力的数据。由于使用这项技术不存在重大摩擦，我们预计最终会得到广泛采用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387011.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387011.htm

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象

可穿戴式无创传感器可通过监测汗液确定是否有炎症迹象虽然急性炎症反应是人体抵抗感染和加速愈合的自然方式，但长期或慢性炎症可能会导致不可逆的组织损伤。而能够快速、轻松地检测炎症是治疗的关键。测量血液中C反应蛋白(CRP)的水平通常用作炎症的生物标志物，但需要复杂的实验室设备和人员来分析血液样本。现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，称为InflaStat，通过测量人体汗液中的CRP水平来无线、无创地监测炎症。研究人员在开始制造他们的第一个汗液分析传感器之前必须克服一些障碍。主要难题是CRP比其他分子更难检测，它在血液中的浓度比其他生物标志物低得多，而且它的分子更大，这意味着将它们从血液中分泌到汗液中更加困难。“这些是以前阻止人们进行可穿戴CRP传感的主要问题，”该研究的通讯作者高伟说。“我们需要高灵敏度来自动监测皮肤上极低浓度的CRP。”InflaStat由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成较大的表面积。这些孔含有与CRP结合的抗体和称为氧化还原分子的特殊分子，能够在某些条件下产生小电流。传感器结构中融入了金纳米颗粒，每个纳米颗粒都携带一组独立的CRP检测抗体。当佩戴者汗液中的CRP分子进入传感器时，它们会附着在检测器抗体和石墨烯孔中的抗体上。然后纳米颗粒附着在石墨烯上并触发氧化还原分子产生电流，该电流由附着在传感器上的电子元件读取。由于每个金纳米粒子都含有许多检测抗体，因此信号（非常小）被放大得远远超过单个CRP分子产生的信号。研究人员在健康参与者、慢性阻塞性肺病患者和从新冠病毒感染中康复的参与者身上测试了InflaStat。他们发现该传感器佩戴舒适，并且可以无创、无线地获取炎症生物标志物信息。数据实时显示在定制的智能手机应用程序上。正如预期的那样，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的CRP水平显着高于健康参与者。研究人员发现，该传感器可以准确检测汗液中与血液水平相关的CRP水平。研究人员表示，他们的研究结果表明，他们的传感器可用于无创、家庭监测炎症性肠病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他们表示它可以适用于测试其他痕量水平和疾病相关的生物标志物。“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低水平的分子，”高说。“我们希望扩展这个平台来监测其他临床相关的蛋白质和激素分子。我们还想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说意味着风险。如果能够在家对他们进行监测，就可以识别他们的风险，并及时给予治疗。”该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上，下面由加州理工学院制作的视频展示了传感器如何检测CRP。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366975.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366975.htm

新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面

新的石墨烯传感器可实现更好的脑机界面一个BMI通常由三个模块组成：一个外部感官刺激、一个传感接口和一个处理神经信号的单元。在这三个模块中，传感接口至关重要，因为它能检测到大脑最外层--大脑皮层产生的电活动，而大脑皮层负责更高层次的过程，包括运动功能。但视觉皮层才是大脑皮层中接收和处理从眼睛发出的信息的部分，它是依赖视觉刺激的BMI的关键。视觉皮层位于大脑的最后面的枕叶。脑电波是通过可植入或可穿戴的传感器获取的，如脑电图（EEG）电极。在后脑勺使用EEG电极和其他非侵入性生物传感器的问题是，这是一个通常被头发覆盖的区域。湿式传感器依靠在头皮和头发上使用导电凝胶，但这可能会导致传感器在个人行动时移动。干式传感器可以作为一种替代方法，但它们也有挑战；它们的导电性比湿式传感器差，而且，鉴于头部的圆形，它们可能会遇到保持充分接触的困难。悉尼科技大学（UTS）的研究人员通过开发一种含有石墨烯的干式生物传感器来解决这些问题，石墨烯是一种一原子厚的碳原子层，以六边形晶格排列，比人的头发薄1000倍，比钢强200倍。鉴于石墨烯的薄度和高导电性，它是创建干式生物传感器的最佳材料。它还能抗腐蚀和抗汗水的影响，使其非常适合在头部使用。研究人员发现，将石墨烯与硅结合在一起产生了一种更坚固的干式传感器。他们开发的传感器上的石墨烯层的厚度不到一纳米。该研究的通讯作者FrancescaIacopi说："通过使用尖端的石墨烯材料，结合硅，我们能够克服腐蚀、耐久性和皮肤接触阻力等问题，开发出可穿戴的干式传感器。"研究人员对不同的传感器图案进行了实验，包括正方形、六边形、柱子和圆点，并发现六边形图案的传感器产生了最低的皮肤阻抗。然后他们用BMI测试了他们的新传感器。六角形图案的传感器被放置在后脑勺的头皮上，以检测来自视觉皮层的脑电波，用户戴上显示白色方块的增强现实（AR）镜片。通过专注于一个特定的方块，产生的脑电波被生物传感器接收到。然后一个解码器将该信号翻译成命令。"我们的技术可以在两秒钟内发出至少九个指令，"该研究的共同作者Chin-TengLin说。"这意味着我们有九种不同的命令，操作者可以在该时间段内从这九种命令中选择一种。"澳大利亚陆军士兵对石墨烯传感器BMI进行了现实世界的测试，用它来控制一只四条腿的机器人狗。该设备允许免提指挥机器人，准确率高达94%。Iacopi说："这种免提、无声技术在实验室环境之外，随时随地都可以使用。它使控制台、键盘、触摸屏和手势识别等界面变得多余。"然而，研究人员不认为这是他们设计的最终迭代。还需要进一步的研究和测试，以便在总的可用石墨烯面积、适应头发存在的能力以及保持传感器与头皮接触的能力之间取得平衡。但这是朝着开发技术迈出的有希望的一步，该技术可能对残疾人操作轮椅或假肢大有好处，并在先进制造业、国防和航空航天领域有更广泛的应用。该研究发表在ACS应用纳米材料杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350637.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350637.htm

想监测一座正在喷发的火山吗？这种传感器可以做到这一点

想监测一座正在喷发的火山吗？这种传感器可以做到这一点航空航天、能源、交通和国防--所有这些极端环境在开发监测物理和机械参数（如压力、力、应变和加速度）的传感器时构成了一种挑战。为了在这些环境中运行，传感器必须能够承受非常高的温度和恶劣的条件。例如，航空涡轮机械产生的温度在167°F（75°C）和932°F（500°C）之间。核反应堆在572°F(300°C)和1832°F(1000°C)之间运行。而石化行业使用的管道中的温度从接近北极的寒冷到沙漠的炙热不等。休斯顿大学的研究人员已经开发出一种压电传感器，它可以耐受这些类型的极端情况，同时保持敏感和可靠。该研究的通讯作者Jae-HyunRyou说："能够容忍这种极端环境的高灵敏度、可靠和耐用的传感器对于这些应用的效率、维护和完整性是必要的。"压电性是指固体材料在受到机械压力时积累的电荷。压电传感器通过将压力、加速度或应变转换为电荷来测量它们的变化。该研究小组已经开发了一种氮化镓（GaN）压电压力传感器，旨在用于极端环境中。然而，他们发现该传感器的灵敏度会在温度高于662°F（350°C）时下降。尽管氮化镓是一种宽带隙半导体，但研究人员推测，灵敏度的下降是由于带隙不够宽。带隙是激发电子并产生导电性所需的最小能量。因此，研究人员使用氮化铝（AlN）创建了一个新的传感器。研究人员比较了氮化铝和氮化镓传感器的性能，把它们放在一个管式炉中，以100度的增量将热量从212°F（100℃）增加到1652°F（900℃），随后使用压力调节的氮气来评估它们的压力感应能力。与GaN传感器相比，AlN传感器被发现具有更宽的带隙，可以在更高的温度下工作，同时仍然提供快速、稳定和可靠的测量。事实上，它可以在高达1652°F（900°C）的温度下工作，这是喷发的黑火山熔岩的温度，是地球上最热的熔岩类型。该研究的主要作者Nam-InKim说："传感器在大约1000°C[1832°F]下工作证明了这一假设，这是压电传感器中的最高工作温度。"由于氮化铝的物理特性，它不仅可以承受高温，而且还具有很高的抗辐射能力，并能抵抗有机溶剂、海水、紫外线以及弱酸和弱碱。现在，研究人员已经在实验室里证明了他们的AlN压电传感器的高耐用性，他们计划在真实世界的环境中进行测试。"我们的计划是在几个恶劣的环境中使用该传感器，"Ryou说。"例如，在核电站进行中子暴露，在高压下测试氢气储存。氮化铝传感器由于其稳定的材料特性，可以在中子暴露的大气中和非常高的压力范围内运行。"但研究人员把目光投向了重工业以外的其他应用。他们预见到将他们的传感器纳入用于健康监测的可穿戴设备，或用于精确感应的软机器人。该研究发表在《先进功能材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360981.htm

钻石量子传感器可更精准监测电动车电池

钻石量子传感器可更精准监测电动车电池东京工业大学研究人员提出了一个解决电动汽车低效的方案。在发表于6日《科学报告》杂志上的研究中，该团队报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，该技术可以在测量电动汽车大电流时，以1%的精确度估计电池电量。电动汽车低效的一个主要原因是对电池电量估计不准，电池的充电状态是基于电池的电流输出来测量的，据此可估计车辆的剩余行驶里程。通常情况下，电动汽车电池的电流可达到数百安培，能够检测到这种电流的商用传感器无法测量毫安级别的电流的微小变化，导致在估计电池电量时约有10%的模糊性，这意味着电动汽车的续航里程可延长10%。此次研究中，该团队使用两个钻石量子传感器制作了一个原型传感器，这两个传感器放置在汽车母线（进出电流的电子接头）的两侧。他们使用了“差分检测”技术，消除了两个传感器检测到的共同噪声，只保留了实际信号，从而能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。研究团队对两个微波发生器产生的频率进行了模拟—数字混合控制，以在1千兆赫的带宽上追踪量子传感器的磁共振频率。他们发现，磁共振频率可实现±1000安的大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）。此外，该传感器在-40℃—85℃的宽工作温度范围涵盖一般的车辆应用。最后，该团队对这一原型进行了全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）驾驶测试，这是一种电动汽车能耗的标准测试。该传感器准确跟踪了-50安到130安的充放电电流，电池电量估计精度在1%以内。研究人员称：“将电池使用效率提高10%，这将使2030年2000万辆新型电动汽车的运行能耗减少3.5%，生产能耗减少5%。这又相当于2030年全球运输领域二氧化碳排放量减少0.2%。”研究团队表示，希望这一突破能让人类离碳中和社会更近一步。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313269.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313269.htm