靈活電子傳感器 更全面監測關節健康

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(From right) Dr Yang Zhengbao and Hong Ying, members of the research team.
研究團隊成員(右起)楊征保博士、洪穎。

 

香港城市大學(城大)學者研發出新型傳感器,能有效預防及修復因工作久坐而引起的關節疾病。

這種以剪紙結構製成的傳感器與人體肩、頸部連接後,便能全面監測關節運動,而且較大部分可穿戴式關節監測系統更靈活及精準。

這項研究由材料科學及工程學系與機械工程學系助理教授楊征保博士領導,成果已在國際學術期刊《科學進展》上發表,題為「用於預防關節疾病的高異向性及靈活壓電陶瓷剪紙結構」。

埋首電腦工作的人士尤其容易患上關節疾病,初期徵狀包括頸部疼痛和肩部疲勞。現有的醫療傳感器可調節這種久坐狀態,但它們大多體積龐大,測量能力也有限。

楊博士的研究團隊開發了一種測量範圍更大的可彎曲傳感器,設法為長時間伏案工作的人士提供即時而準確的關節健康預測,務求減少他們罹患類風濕性關節炎的風險,提升生產力與生活質素。

楊博士說:「這種新型傳感器可隨用家移動,而不減舒適和準確程度。它能夠同時識別與監測多個關節運動,如彎曲方向、彎曲範圍和運動模式,這些都是傳統醫療傳感器無法做到的。」

The kirigami-structured sensor can fully monitor joint movements when attached to the human body.
以剪紙結構製成的傳感器與人體連接後,便能全面監測關節運動。

 

研究團隊運用了剪紙(一種切割與折疊材料的傳統藝術形式)的概念,令傳感器達致其靈活特性。這種可拉伸設計,令傳感器可緊貼用家的頸部和肩部,對關節運動作多方向的測量,測量範圍因而更大。

傳感器的壓電效應——亦即它檢測到應力時推動電脈衝的能力——亦是極其靈敏。這種絕佳的異向性壓電反應,使研究團隊辨識出彎曲方向和彎曲半徑與電子信號的關係,促進對手部動作的分析。

此外,傳感器能從關節運動中識別四種類型的變形模式,準確度可達95%,因此可及時為用家提供關節健康資訊。為使這個功能更完備,團隊開發了一個監測及警報系統,幫助用家即時檢測並改善長時間沒有活動的情況。

楊博士說:「剪紙結構壓電陶瓷網絡是令人振奮的概念,可用於其他新型壓電設備。我相信這項新科技有助預防和治療關節疾病,亦將促進把柔性電子設備用於健康監測設施。」

楊博士是該論文的通訊作者,第一作者是城大博士生洪穎王標。其他作者包括來自城大的林偉康金立涵劉世源駱小偉博士,以及香港大學的潘佳博士王文平教授

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