这种电子皮肤能让身体变电脑


 

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美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料学教授约翰·罗杰斯(John Rogers)研发出一种名为Biostamp的电子皮肤,将柔韧的小型传感器贴在使用者的太阳穴上,它就能够实时追踪脑电波,显示出你最深处的想法和感受,并将它们转化成信息。有了这种轻如羽毛的装置,人体就变成电脑。

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罗杰斯说:“我们的原型设备可以提供各种监控和激励功能。我们可以调整神经元,然后通过计算机拼写界面解读其活动,脑电波会在虚拟键盘显示器上显示字母,并打出完整信息。”

以前,这种信号只能被配有诸多电极的沉重头盔检测到,那要求病人的皮肤被仔细清洗,而且只能短时间内安全使用。而罗杰斯的Biostamp非常轻便,几乎察觉不到其重量。它被允许在实验室外长期使用,而且获取的信号更为精确。

Biostamp可消除各种影响信号的背景噪音。为了确保精确度,伊利诺伊大学的研究团队正使用越来越多的高密度电极,它可产生数千倍的大脑活动信息。现在,这种发明主要有两个突破性的应用。一个是测量癫痫病人发病时的相关脑电波,以便于发作前就找出迹象。另一个应用是监测患有各种紊乱症的病人的睡眠模式,这些信息无法通过传统硬件设施获得。

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大脑只是Biostamp最新和最具雄心的目标。因为罗杰斯2011年就已经发明了Biostamp,它已经被应用到身体上,包括监测心率、温度以及其他关键体征。运动品牌Reebok利用Biostamp监测体育赛事中影响力量的因素,欧莱雅则利用它追踪皮肤水合效果,美国军方用其监测士兵状况。

这种“生物兼容性”的设备甚至正在体内测试。它可以起到“electroceutical”的作用,即可以发挥治疗作用然后溶解的设备。这种治疗作用可能包括诊断疾病、利用有针对性的电子刺激代替药物,它将成为解决许多器官问题的潜在革命性方式。

伊利诺伊大学的研究人员已经将其“生物兼容性”设备植入盆腔中,帮助治疗膀胱功能障碍。此外,“生物兼容性”设备也可以被植入心脏表皮中,发挥先进起搏器的作用。它们在融入体内一段时间后,可以安全溶解。

当前测试仅限于对啮齿类动物,但研究人员已经解决关键障碍,将允许其在人类身上测试。罗杰斯承认,在向身体引入外来元素时存在某些风险,但他相信这代表着未来的方向。

罗杰斯说:“电子产品越来越接近于个人。最初,它只是大厅中的计算机,其后则出现桌面电脑、笔记本电脑,最后就是你口袋中的智能手机和手腕上的智能手表。现在,电子产品将可融入皮肤中,形成生物电子产品(即完全可植入装备)。对我来说,能够充分利用集成电子产品非常重要。”

这一过程的关键是模式的转变,即电子产品从钢性硬板向柔韧设备转变,人类身体可适应后者,Biostamp则代表了多种在适应性方面取得的突破。罗杰斯团队将钢性硬板从电路板中移除,并将零部件小型至纳米标准,创造出穿着舒适的可穿戴设备。他们已经成功地创造了一款设备,即使变形时也可以保持构成与功能。它完全防水,为此可在皮肤表面或皮下工作。

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但其很难收缩或伸展的特征之一是电源,电池毕竟不像电极那样进展迅速。这导致罗杰斯在解决Biostamp的电池问题时,要么发明一种无线充能方式,要么利用身体作为能源。罗杰斯说:“这要取决于你的装置需要多少能源,我们已经开始利用身体运动产生的能量。对于植入心脏的设备,它必须有恒定的化学能发电。但是对于身体外部的设备,我们必须确定化学能可支持多久。腿部和手臂运动是一个选择……这是一种持续性研究,而非盖棺定论。”

自从2011年发明Biostamp以来,罗杰斯的实验室已经申请了100多项相关专利,促使很多新公司成立。其中最被人看好的公司是MC10,它已经获得6000万美元私人投资。研究电子皮肤已经成为全球性现象,比如东京大学正研究“坚不可破”的电路板,莱布尼茨研究所的传感器则可发现磁场,内布拉斯-林肯大学正研究可发现乳腺癌的特殊设备,谷歌也在加入这一领域。

罗杰斯的学生、圣迭戈大学学院神经互动实验室托德·科利曼教授(Todd Coleman)也在研究Biostamp的升级版本。这个实验室专注于医疗项目,比如确认早产儿脑损伤,此外也研究Biostamp在娱乐领域的应用等。科利曼的团队已经能够通过电极利用脑电波引导无人机,目前正利用Biostamp平台研究类似功能。

科利曼最近与神经生物学家理查德·科斯塔(Ricardo Gil da Costa)成立了Neuroverse公司。2014年,科斯塔与漫威漫画公司(Marvel Comics)合作,证明电子皮肤用于娱乐的可能性。科学家们为在纽约举办的“复仇者主题互动展览”活动设计了一种脑机接口(BCI),允许游戏玩家变身“超级英雄”,将他们的脑电波转化成壮观行动呈现出来。

如果这种接口能够为非专业人士理解和使用,我们可能进入一个个人负责健康和生活方式的新时代。科利曼说:“我们需要确保这些设备最终可以帮助人们过上健康的生活,并作出更好的决定。我们还需要远程看医生吗?如果没有医生,我们可以自我调节健康吗?我们如何建立这样一种生活方式:人们通过其获得的信息改变他们的生活?”

当下人们对电子皮肤的反应褒贬不一,游戏迷和早期试用者对其盛赞不已,而隐私倡导者担心个人敏感信息受到侵犯。尽管如此,电子皮肤获得的投资正不断增加,研究步伐也在加速。Jawbones与Fitbits可能很快就会过时,可穿戴装置只是完全可溶解设备的前奏。

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