Канадцы сделали футболку с монитором дыхания — Naked Science
Редакция

Канадцы сделали футболку с монитором дыхания

Исследователи из Университета Лаваля разработали и испытали миниатюрную гибкую антенну, которая может измерять частоту дыхания без контакта с телом.

untitled-2
©Wikipedia

Развитие носимой электроники позволяет создавать мобильные устройства для мониторинга показателей жизненно важных функций. Так, коммерчески доступные смарт-часы и фитнес-трекеры способны вести статистику, например, частоты пульса, что упрощает раннюю и дистанционную диагностику болезней сердца. Большинство таких систем, однако, не могут измерять частоту дыхания — хотя это могло бы предотвратить осложнения при астме, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ) и апноэ во сне. Существующие прототипы подобных приборов обычно предполагают подключение датчиков или электродов к телу пользователя, что может ограничивать его движения и надежность.

 

Более перспективной считается интеграция носимых мониторов дыхания с текстилем по технологии сверхширокополосных импульсных радиосигналов (Impulse RadioUltra WideBand, IR UWB). По сравнению с аналогами, она требует менее громоздкой аппаратуры и в то же время обладает чрезвычайно высокой точностью передачи данных. Тем не менее, сейчас в «умной» одежде IR UWB, как правило, реализуется на базе сравнительно крупных патч-антенн из токопроводящих нитей — например, в форме квадратных лепестков — толщиной от шести до семи миллиметров. Чтобы уменьшить площадь устройства, канадские инженеры разработали антенну в виде фрагментов архимедовой спирали.

 

Принцип работы датчика / ©Philippe Guay et al., Sensors, 2017

 

Прототип имеет две дуги общей длиной 10 сантиметров и изготовлен из кварцевого стекла с покрытием из полиимида и серебра. Прибор обладает электрическим сопротивлением 3 ± 1 ом на сантиметр и работает на резонансной частоте 2,45 гигагерца. В рамках испытаний авторы приклеили устройство к хлопчатобумажной футболке на уровне груди: при вдохе грудная клетка расширялась, растягивая дуги (не деформируя материал), что в сочетании с изменением диэлектрической проницаемости легких (с 20,51 до 48,45) «сдвигало» резонансную частоту антенны. Информация о сигнале антенны непрерывно передавалась на векторный анализатор электрических цепей (VNA) и затем на компьютер.

 

Таким образом, по «сдвигам» ученые могли оценить частоту дыхания. Чувствительность датчика составила 1,4 мегагерца на миллиметр. Так, перемещение грудной клетки всего на 3,6 миллиметра приводило к значительному изменению резонансной частоты — на 30 мегагерц. Помимо небольших размеров и высокой чувствительности, к преимуществам устройства авторы отнесли отсутствие контактов с кожей, что позволяет использовать его в обследовании младенцев. При этом в естественных условиях вместо векторного анализатора частоту антенны можно отслеживать с помощью других технологий, например узкополосных фильтров, работающих в ISM-диапазонах, к которым относится Bluetooth.

 

Статья опубликована в журнале Sensors.

Ранее швейцарские ученые представили неинвазивную систему мониторинга дыхания новорожденных на основе высокочувствительных видеокамер.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: