可穿戴贴纸将手部动作转化为交流
想象一下，佩戴一个薄薄的柔性贴纸，它可以将你的手或手指的动作转化为交流，而无需你说一句话或点击触摸屏。研究人员开发了一种新型可穿戴传感器，可以实现这一未来壮举，并为康复应用开辟新的可能性，帮助残疾人更轻松地沟通。
这种新型传感器将一种称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的柔软柔性材料与称为光纤布拉格光栅(FBG)的光学元件结合在一起。研究人员将其设计为适合长期佩戴，同时还能够高精度检测运动。
“对于中风康复者来说，这些传感器可以监测手腕、手指甚至面部运动，以监测他们的康复进展，”中国北京师范大学的肖坤说。“对于行动不便或言语障碍严重的人来说，传感器可以将手势或面部表情转化为文字或命令，使他们能够更轻松地与他人交流或与技术互动。”
由来自中国北京师范大学、中山大学和桂林电子科技大学的光学、生物医学、软件和电气工程研究人员组成的跨学科团队在 Optica 出版集团期刊《生物医学光学快报》中描述了这种新的技术传感器。在涉及手势识别和通信辅助的测试中，传感器表现出高水平的灵敏度和准确性。
北京师范大学的芮敏表示：“除了检测运动之外，这些适应性强的传感器还可以针对诸如通过检测细微的身体运动来监测呼吸或心率等其他健康指标等应用进行定制。” “它们还可以帮助运动员或健身爱好者实时监控和改善他们的动作或技术，或者集成到游戏系统中以获得更身临其境的互动体验。”
个性化的方法
这项新工作是旨在开发创新辅助技术的大型项目的一部分，其灵感来自于残疾人和中风等康复者所面临的挑战，他们经常在基本运动和沟通方面遇到困难。“传统方法要么过于繁琐、缺乏准确性，要么不够通用，无法满足个人需求，”北京师范大学的王卓说。“我们的目标是开发一种可穿戴解决方案，既能够精确检测手势，又适合日常使用，为康复和援助提供更加个性化和适应性更强的方法。”
为此，研究人员创建了由 PDMS 制成的贴片，PDMS 是一种非常柔韧且对皮肤友好的有机硅弹性体。这使得人们可以长时间佩戴它们而不会产生刺激或不适。为了使贴片具有运动感应能力，研究人员将 PDMS 嵌入了 FBG，这是一种反射器，被蚀刻到一小段光纤中，可以反射特定波长，同时传输所有其他波长。该传感器可以检测运动过程中光通过光纤传播方式的细微变化，从而使系统能够通过分析光行为的变化来检测特定的运动。
“真正的魔力来自于 PDMS 与 FBG 的结合，”桂林电子科技大学的 Chuanxin Teng 说道。“我们发现使用较厚的 PDMS 贴片会导致更明显的波长偏移。利用 PDMS 的这种灵敏度增强效应，这些光学传感器甚至可以检测到手指最轻微的弯曲或手腕的扭转。”
这些传感器可应用于身体的各个部位，应用范围广泛。研究人员还开发了一种精确的校准方法，使传感器能够针对每个用户进行定制，使其能够适应各种应用。
将运动转化为沟通
为了展示嵌入 PDMS 的可穿戴 FBG 传感器的功能，研究人员进行了一系列针对手势识别和通信辅助的测试。在为个体参与者校准传感器后，他们将传感器连接到身体的不同部位，例如手腕和手指，以检测各种运动。他们还开发了一种系统，使传感器能够将简单的手势转换为命令或消息。例如，他们使用手指动作拼出基于摩尔斯电码的单词。
在这两项测试中，传感器在识别各种手势方面都表现出了高水平的灵敏度和准确性。他们可以检测一些传统传感器可能难以捕捉到的细微运动。在通信辅助实验中，传感器成功地将手势翻译成文字，显示出它们作为有言语或行动障碍的个人的辅助技术的潜力。
研究人员现在正在努力进一步改进和完善该技术，使其为实际使用和通过临床试验进行进一步研究做好准备。这包括使传感器系统变得更小、集成度更高，以便于佩戴，以及增强传感器与智能手机、计算机或医疗设备进行通信的能力。这将允许用户与技术交互，并帮助护理人员或医疗专业人员实时监控进展或数据。他们还改进了传感器的坚固性和耐用性，以确保它们能够承受日常磨损，包括暴露在潮湿、高温和拉伸的环境中。
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