【“纹身”能预警疾病?石墨烯电子皮肤有希望!】仅需在皮肤表面贴附一片薄薄的“纹身”,便可以实现心律、心电、血压、呼吸、睡眠等人体信号的采集与监测,甚至还有望辅助聋哑人及喉部切除患者重构发声能力。这种神奇的“纹身”就是清华大学微纳电子系任天令教授团队的研发成果——石墨烯电子皮肤。

不同于传统可穿戴设备,电子皮肤能够真正与人体形成紧密界面,合二为一,在佩戴方式与信号质量等方面都具有明显优势,被认为是下一代生理信号监测系统的形态。

任天令课题组基于激光还原石墨烯,将石墨烯与纹身结合,模仿电子皮肤的功能。任天令告诉《中国科学报》,石墨烯电子皮肤灵敏度极高,在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面都具有重大应用前景。

△ 石墨烯优势倍显

石墨烯被称为“黑金”,是世界上最薄、最坚硬的材料,也被誉为材料之王。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,可承受一只猫的重量,而其本身重量不足1毫克,只相当于猫的一根胡须。

任天令课题组成员、清华大学微纳电子系乔彦聪博士对《中国科学报》介绍说,石墨烯单层厚度仅为0.34纳米,大约为头发丝厚度的20万分之一,这也决定了它天然具有很好的柔韧性。

乔彦聪表示,石墨烯具有优异的导电性能,能够作为生理电极监测心电图、脑电图等信号;通过结构设计还可以将石墨烯制备成多孔结构,将微弱的机械振动转化为其电阻的变化,从而用于监测脉搏、呼吸、关节运动等力学信号;

不仅如此,石墨烯还拥有很高的热导率,目前已经应用于华为MATE手机散热之中。同时,它还能够高效的将电信号转化为热信号,不仅能应用于柔性热源,还可通过热信号转化为空气振动从而作为柔性声源。

“这些性能都决定了石墨烯可以作为多功能电子皮肤的材料。”乔彦聪表示,由于石墨烯为单原子层,其两侧都为表层原子,因此具有极大的比表面积,可以通过在其表面修饰抗体等测量血液汗液中的一些成分。

任天令课题组就将激光直写石墨烯与超薄柔性衬底相结合,实现了类纹身石墨烯电子皮肤,整个器件像纹身一样与皮肤形成紧密贴合,贴敷于皮肤上不影响正常生活,佩戴舒适。

任天令表示,由于在实际应用中,电子皮肤需要在大形变条件下工作,单层或少层石墨烯需要封装、结构设计等方法才能稳定工作,所以在使用方面存在局限性。基于激光直写方法制备多层石墨烯则可克服上述局限,不仅适用于大形变条件,还能根据个人喜好自行设计图案,同时具有制备效率高、成本低等优势。

目前,激光直写石墨烯已经形成了一个完整的系统,可以高效率大面积制备多层多孔石墨烯,为电子皮肤器件的研发提供了材料基础。

△ 实用仍在推进

目前,任天令课题组正在开展电子皮肤用于心电图、血压、步态、语音等信号的研究。例如,使用石墨烯作为生理电极与柔性印刷电路板结合用于实时监测心电图。

据乔彦聪介绍,该系统与人工智能算法相结合可以实现心电图的实时监测与诊断,对于心律不齐的诊断正确率能够达到92.65%。此外,使用石墨烯制作的压力传感器还可以植入衣物、护腕、鞋垫等,监测脉搏、血压、步态等信号。

值得关注的是,基于石墨烯优异的收发声性能,任天令课题组还将石墨烯声源与石墨烯应力传感器相结合并集成在同一器件上,首次实现了石墨烯智能人工喉,并在柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面实现突破,改进开发了第二代石墨烯智能人工喉。改良后的器件不仅能够探测声音震动而且可以实现发声,有望辅助聋哑人以及喉部切除患者重构发声能力。

“这些工作都在与医院合作并积极推动成果应用转化。”乔彦聪说。

“该工作充分利用了石墨烯低热容量特性,应用在超声频段特别高效。”加州大学伯克利分校教授Alex Zettl评价道,基于石墨烯热声效应的新型声源器件,揭示了石墨烯热声效应机理,首次实现了石墨烯声源器件,发现了石墨烯层数越少声强越高的特性,拓展了石墨烯在声学领域的应用。

不过,任天令坦言,石墨烯电子皮肤在采集人体信号时需更好的解决一些问题。首先,由于石墨烯作为纳米材料在测量信号时过于灵敏,环境中微弱干扰都会被探测到,提高了在后端信号处理方面的难度。其次,由于现有的商用信号传输、处理、显示系统基于硬质封装芯片,柔性电子皮肤与现有的嵌入式系统还存在匹配问题。

“目前,包括我们课题组在内的科研人员都在研究包含信号采集传输处理为一体的全柔性电子皮肤系统。”任天令对记者说。

△ 未来研发方向

实际上,电子皮肤是一个集材料、器件、电路、算法为一体的综合系统,要想真正实现商业化,还有很多方面需要进一步优化。

“我们团队目前正在致力于实现全柔性电子皮肤系统,提高其佩戴舒适度,同时与人工智能算法结合实现生理信号实时监测与诊断。”任天令说。

当前,柔性能源器件功率问题是限制整个系统柔性化的重要因素之一。任天令表示,目前,柔性能量收集与存储装置主要有纳米发电机、生物燃料电池、超级电容器等。如何驱动以蓝牙为代表的通讯模块长时间工作,是柔性能源研究发展的重要目标。

此外,电子皮肤可以与人体形成紧密的贴合,如何实现皮肤代谢物的排出也是影响设备舒适度的重要问题,而电子皮肤的商业化也必定需要其具备舒适的佩戴形态。因而,基于织物衬底或者与衣物等相融合的电子皮肤,具有很大的发展潜力。

不仅如此,电子皮肤不仅具有传感模块,还集成有信号处理等电路模块,而现有的集成电路芯片大部分基于硬制基底与封装,制约着全柔性系统的实现。实现集成电路芯片或封装的柔性化,对于进一步提升电子皮肤的可穿戴性有着重要作用,这也是任天令课题组需要攻关的方向。

乔彦聪还表示,大量数据训练对于人工智能算法的优化具有重要意义,而电子皮肤与人体相融合,可以随时随地测量生理信号,能够极大地丰富数据量与人工智能完美互补。因此相关数据库与算法的搭建对于电子皮肤的应用推广具有重要意义。

未来,依托电子皮肤式生理信号监测系统的优势,可以在日常生活中实现疾病早期筛查、突发疾病预警等功能,也可以指导慢性病患者日常的生活,提高他们的生活质量。同时,在任天令看来,随着技术的不断发展,医院大型检测设备将会出现小型化、无创化、电子皮肤化的发展趋势,可以有效减轻患者的痛苦、提升就诊体验。https://t.cn/A65tgqq6

#你不知道的科学那些事儿# 【“纹身”还能预警疾病?石墨烯电子皮肤可以!】
仅需在皮肤表面贴附一片薄薄的“纹身”,便可以实现心律、心电、血压、呼吸、睡眠等人体信号的采集与监测,甚至还有望辅助聋哑人及喉部切除患者重构发声能力。这种神奇的“纹身”就是清华大学微纳电子系任天令教授团队的研发成果——石墨烯电子皮肤。

不同于传统可穿戴设备,电子皮肤能够真正与人体形成紧密界面,合二为一,在佩戴方式与信号质量等方面都具有明显优势,被认为是下一代生理信号监测系统的形态。

任天令课题组基于激光还原石墨烯,将石墨烯与纹身结合,模仿电子皮肤的功能。任天令告诉《中国科学报》,石墨烯电子皮肤灵敏度极高,在运动监测、睡眠监测、生物医疗等方面都具有重大应用前景。

【石墨烯优势倍显】

石墨烯被称为“黑金”,是世界上最薄、最坚硬的材料,也被誉为材料之王。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,可承受一只猫的重量,而其本身重量不足1毫克,只相当于猫的一根胡须。

任天令课题组成员、清华大学微纳电子系乔彦聪博士对《中国科学报》介绍说,石墨烯单层厚度仅为0.34纳米,大约为头发丝厚度的20万分之一,这也决定了它天然具有很好的柔韧性。

乔彦聪表示,石墨烯具有优异的导电性能,能够作为生理电极监测心电图、脑电图等信号;通过结构设计还可以将石墨烯制备成多孔结构,将微弱的机械振动转化为其电阻的变化,从而用于监测脉搏、呼吸、关节运动等力学信号;

不仅如此,石墨烯还拥有很高的热导率,目前已经应用于华为MATE手机散热之中。同时,它还能够高效的将电信号转化为热信号,不仅能应用于柔性热源,还可通过热信号转化为空气振动从而作为柔性声源。

“这些性能都决定了石墨烯可以作为多功能电子皮肤的材料。”乔彦聪表示,由于石墨烯为单原子层,其两侧都为表层原子,因此具有极大的比表面积,可以通过在其表面修饰抗体等测量血液汗液中的一些成分。

任天令课题组就将激光直写石墨烯与超薄柔性衬底相结合,实现了类纹身石墨烯电子皮肤,整个器件像纹身一样与皮肤形成紧密贴合,贴敷于皮肤上不影响正常生活,佩戴舒适。

任天令表示,由于在实际应用中,电子皮肤需要在大形变条件下工作,单层或少层石墨烯需要封装、结构设计等方法才能稳定工作,所以在使用方面存在局限性。基于激光直写方法制备多层石墨烯则可克服上述局限,不仅适用于大形变条件,还能根据个人喜好自行设计图案,同时具有制备效率高、成本低等优势。

目前,激光直写石墨烯已经形成了一个完整的系统,可以高效率大面积制备多层多孔石墨烯,为电子皮肤器件的研发提供了材料基础。

【实用仍在推进】

目前,任天令课题组正在开展电子皮肤用于心电图、血压、步态、语音等信号的研究。例如,使用石墨烯作为生理电极与柔性印刷电路板结合用于实时监测心电图。

据乔彦聪介绍,该系统与人工智能算法相结合可以实现心电图的实时监测与诊断,对于心律不齐的诊断正确率能够达到92.65%。此外,使用石墨烯制作的压力传感器还可以植入衣物、护腕、鞋垫等,监测脉搏、血压、步态等信号。

值得关注的是,基于石墨烯优异的收发声性能,任天令课题组还将石墨烯声源与石墨烯应力传感器相结合并集成在同一器件上,首次实现了石墨烯智能人工喉,并在柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面实现突破,改进开发了第二代石墨烯智能人工喉。改良后的器件不仅能够探测声音震动而且可以实现发声,有望辅助聋哑人以及喉部切除患者重构发声能力。

“这些工作都在与医院合作并积极推动成果应用转化。”乔彦聪说。

“该工作充分利用了石墨烯低热容量特性,应用在超声频段特别高效。”加州大学伯克利分校教授Alex Zettl评价道,基于石墨烯热声效应的新型声源器件,揭示了石墨烯热声效应机理,首次实现了石墨烯声源器件,发现了石墨烯层数越少声强越高的特性,拓展了石墨烯在声学领域的应用。

不过,任天令坦言,石墨烯电子皮肤在采集人体信号时需更好的解决一些问题。首先,由于石墨烯作为纳米材料在测量信号时过于灵敏,环境中微弱干扰都会被探测到,提高了在后端信号处理方面的难度。其次,由于现有的商用信号传输、处理、显示系统基于硬质封装芯片,柔性电子皮肤与现有的嵌入式系统还存在匹配问题。

“目前,包括我们课题组在内的科研人员都在研究包含信号采集传输处理为一体的全柔性电子皮肤系统。”任天令对记者说。

【未来研发方向】

实际上,电子皮肤是一个集材料、器件、电路、算法为一体的综合系统,要想真正实现商业化,还有很多方面需要进一步优化。

“我们团队目前正在致力于实现全柔性电子皮肤系统,提高其佩戴舒适度,同时与人工智能算法结合实现生理信号实时监测与诊断。”任天令说。

当前,柔性能源器件功率问题是限制整个系统柔性化的重要因素之一。任天令表示,目前,柔性能量收集与存储装置主要有纳米发电机、生物燃料电池、超级电容器等。如何驱动以蓝牙为代表的通讯模块长时间工作,是柔性能源研究发展的重要目标。

此外,电子皮肤可以与人体形成紧密的贴合,如何实现皮肤代谢物的排出也是影响设备舒适度的重要问题,而电子皮肤的商业化也必定需要其具备舒适的佩戴形态。因而,基于织物衬底或者与衣物等相融合的电子皮肤,具有很大的发展潜力。

不仅如此,电子皮肤不仅具有传感模块,还集成有信号处理等电路模块,而现有的集成电路芯片大部分基于硬制基底与封装,制约着全柔性系统的实现。实现集成电路芯片或封装的柔性化,对于进一步提升电子皮肤的可穿戴性有着重要作用,这也是任天令课题组需要攻关的方向。

乔彦聪还表示,大量数据训练对于人工智能算法的优化具有重要意义,而电子皮肤与人体相融合,可以随时随地测量生理信号,能够极大地丰富数据量与人工智能完美互补。因此相关数据库与算法的搭建对于电子皮肤的应用推广具有重要意义。

未来,依托电子皮肤式生理信号监测系统的优势,可以在日常生活中实现疾病早期筛查、突发疾病预警等功能,也可以指导慢性病患者日常的生活,提高他们的生活质量。同时,在任天令看来,随着技术的不断发展,医院大型检测设备将会出现小型化、无创化、电子皮肤化的发展趋势,可以有效减轻患者的痛苦、提升就诊体验。https://t.cn/A65tgqq6

#兰山创城为民之战#【“买全球卖全球”,兰山区打造北方“世界超市”】9月23日,临沂进口商品城俄罗斯馆为中秋节准备的好几个货架已经售罄。负责人俄小佳有限公司店长朱洁正指挥店员补货。“我们精选的俄罗斯商品很受国内消费者欢迎,各大城市都有我们的客户。目前,俄小佳是俄罗斯进口商品的全国销量冠军。”朱洁说。
从“买全国卖全国”,到“买全球卖全国”,一家俄罗斯馆仅仅是临沂商城努力打通国际国内两个贸易通道的小缩影。今年以来,兰山区以打造“一带一路”东方商都和国际陆港为目标,主动加快商城开放步伐,探索物流“一单到底”多式联运模式,为“买全球卖全球 ”提供了更加便捷的营商环境。
临沂商城国际化加快,对外开放新高地隆起
坐落在书圣故里、物流之都临沂市兰山区的临沂进口商品城,目前已汇集了来自俄罗斯、德国、法国、意大利、西班牙等全球80余个国家的进口商品,是江北地区最具规模和影响力的进口商品一站式批发集散中心之一。澳洲奶粉、日韩美妆、欧洲轻奢品等上万个品类的进口商品搭乘中欧班列到此,再通过兰山区发达的物流体系发送到全国零售商和销费者手中,形成了庞大的销售体系。
“进口商品城涵盖3万平方米进口商品批发集散中心、6万平方米跨境电商产业园、3万平方米直播电商基地。通过‘线下实体批发+线上新零售”的新模式,正成为跨境电商的聚集地。”进口商品城总经理蔺天一说。
作为中国橄榄油销量排名前三的进出口企业,临沂奥斯卡酒业公司在临沂进口商品城的旗舰店拥有1.5万平方米仓库,为家乐福、麦德龙、沃尔玛等众多国际知名商超供货。同时,这家企业在京东、天猫等多家平台开设网店,去年线上销售额达到1.5亿元。
据蔺天一介绍,进口商品城共有商户50多家,绝大多数都是国外商品的中国总代理,直接从国外厂家进货,面向全国批发。一手货源、批发走量、线上直销,再加上当地政府真金白银的政策支持,使这些商户占尽成本优势,跨境电商借势如雨后春笋般成长起来。
对于兰山区来说,进口商品批发和线上零售补齐了商城的外贸短板,使临沂商城真正成为“内外兼修”的国际化商贸城。在全国上下努力畅通国际国内经济“双循环”的新形势下,这无疑是临沂商城发展史上的一个新起点。
“临沂拥有全国商品品类最全的批发市场,不会让运输进口商品的车辆空着回去。像板材、五金、文体用品等商品恰好可以搭乘返程车辆出去。我们已经在德国建立了海外仓,帮助更多的国内商品走出去。”临沂进口商品城主办企业、山东兰华集团董事长曹继廉说。
“进口商品全国总代理”们为何偏爱兰山
“我们曾在其他沿海城市落过脚,但临沂是物流之都,特别是兰山区的物流优势更具吸引力。”临沂奥斯卡酒业公司总经理接桂鹏说。
今年4月份,首班至德国汉堡的欧亚班列从临沂市兰山区出发。目前经临沂至欧洲的班列全年已开行至52列。作为山东省欧亚班列的三大中心之一,未来临沂兰山还将开通更多国际班列。
服务商城国际化,兰山区加快建设国际陆港片区,投资12亿元开工建设“三横五纵”主干路网和京沪高速临沂陆港互通立交,构建“外联内畅、互联互通”的现代化交通网络。中通、圆通、金兰等8个重点物流项目,加上济铁物流园二期,兰山区将打造“一带一路”中转物流重要节点、“一单到底”公铁海空多式联运服务枢纽、大宗货物进出口集散平台和海关监管平台。
俄小佳的朱洁更加看重临沂作为全国“直播之城”的带货能力。目前,俄小佳不仅自己注册了快手账号,同时还是众多临沂直播电商的供应链服务商,通过直播带货每天稳定增加数万个订单。俄小佳经营的俄罗斯馆也成了网红打卡地,这无形中为俄小佳做了免费的宣传。
9月19日,“首届中国临沂919直播节”上,快手电商大服饰KA商家运营负责人李敏表示,临沂电商直播交易额已超100亿,位居全国第三;在快手的注册商家中,临沂高居全国第一,其中兰山占比85%以上。兰山还有着新明辉、山东元品、临沂方圆等众多优秀的供应链企业,为企业和网红提供三方服务。如今,兰山区已建成10多个直播电商产业园。
“国内快手、抖音行业排名第一的能猫国际集团正在正在装修、筹备10月18日开业。另外还有不少跨境电商巨头联系我们,这说明兰山对他们很有吸引力。”蔺天一说。
对有实力的跨境电商,兰华也拿出极大的诚意:入驻临沂进口商品城,免收3年房租。蔺天一表示,相对于房租,规模效应和新理念的汇入具有更大的溢出价值,将帮助临沂商城国际化上走得更远。
抓住跨境电商试点机遇,建设“一带一路”东方商都
今年1月17日,商务部等六部委联合印发《关于扩大跨境电商零售进口试点的通知》,将临沂纳入跨境电商零售进口试点城市范围。
5月6日,国务院发布《关于同意在雄安新区等46个城市和地区设立跨境电子商务综合试验区的批复》,临沂名列其中。
7月3日,山东省人民政府发布《关于印发中国(临沂)跨境电子商务综合试验区实施方案的通知》,支持临沂跨境电商综合试验区探索。
一系列试点政策指向临沂,机不可失。作为先行者,兰山区自去年底就制定了促进商贸业高质量发展的意见,对支持发展进口贸易、鼓励发展跨境电商、优化商贸人才成长环境、支持参加境外经贸活动等都提出了明确方案,给予真金白银的奖励。在兰山区商城范围内创办的自营进口专业市场、销售专区、专业楼宇,符合要求的单个市场每年奖励最高200万元,连奖两年。新入驻的跨境电商服务平台、运营中心、园区、出口商品展示中心、海外商城、海外仓等也都有相应奖补。
9月1日零时,三时三刻国际贸易有限公司等6家企业的文具、五金、服饰等出口商品,在临沂跨境电商监管中心完成申报,分别发往德国、匈牙利的海外仓以及泰国、阿联酋等地,临沂实现第二批跨境电商B2B试点全国首批出口。
着眼于畅通国际国内经济“双循环”格局,临沂商城正加快布局全球市场,已与65个“一带一路”沿线国家建立了贸易联系,建成海外商城和海外仓10处。
10月18日-20日,以“新时代、新会展、新贸易、新经济”为主题的临沂进口商品博览会将在兰山区举办。作为分会场的临沂进口商品城积极备战,力争办成“永不落幕”的博览会。
兰山区还将借力山东省“一带一路”综合试验区政策,加快临沂商谷核心区建设,布局全球直采等新业态,打造商城对外开放新高地和临沂国际贸易会客厅,向“买全球卖全球”迈进。


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 当然如果有其他问题可以找我了解一下(+威//hejieheng002)  那么先来说一说闲鱼最基本的出货技巧:  一、利用好闲鱼鱼塘快速出单  当然加入鱼塘之前
  • 其实,折叠屏运用的正是柔性电子技术,这一技术在医疗、信息、能源、国防等多领域,都有广阔的应用空间,甚至我们在科幻片中看到的情节——在人体内植入芯片——也可以通过
  • 我也曾……临走之际,大叔讲了,我看你还年轻,没结婚吧,我说没有,结不起,大叔说确实,好好干,你还年轻,年轻就是资本,这是你们的时代。他讲了太多的事,他问了很多问
  • 所以这个人类的语言是非常有局限性的,我们心性是不可言说的,那么你去思惟他,你把它思惟成任何模样,都不对,所以叫“言语道断,心行处灭”就这个意思。我们的见闻觉知性
  • 我说,没事没事…谈正事…谈正事…第一次打电信电话打到我和对方都笑场,对方的普通话太治愈了,心情瞬间好了起来[嘻嘻]早上起来收到短信恭喜我成功开通某流量包业务,我
  • 时常告诉别人你的感觉,因为机会是稍纵即逝的,而悔恨却会遗留终身。时常告诉别人你的感觉,因为机会是稍纵即逝的,而悔恨却会遗留终身。
  • 强化学生设计思维能力、创新能力,使同学们能够从市场、用户、审美、技术、供应链、成本等多维度理解产品研发的基本面,提升解决问题的思考能力与对好的设计好产品的设计、
  • 」你的成败贵贱,不取决于长相和身高,而是取决于你内心装的是什么,你的内心装着美好,你的生活就美好;你的内心装着健康,你的身体就健康;你的内心装着美丽,你的外表就
  • 不会形容哈哈#王珂[超话]# 喜欢姐已经十年了,最初是通过薛敏这一角色认识姐的,从那时候起就很喜欢很喜欢了,也会经常在上网百度姐了解姐,还加过后援群,认识了一个
  • 柳某见已无法圆谎便老实交代:其因着急前往天府机场接人且并未取得机动车驾驶证,自认为驾驶技术成熟,便心存侥幸驾驶机动车上高速行驶。2022年9月21日,大队执勤民
  • 必胜客的自助实话说有点一般真不知道这活动是怎么选的时间每年限时开放五天就定在周一到周五结果就是前四天空空荡荡没人去周五晚上排队排到闭餐能点的菜品只能从一个小菜单
  • 品牌介绍:深圳市宏佳鑫电子有限公司是一家专注于行车记录仪研发、生产、销售的公司,旗下拥有宏佳鑫【酷眼】品牌,凭借领先的技术优势、专业资深的行业背景、高效的制造体
  • · 俄媒:俄军防空力量抵御数起乌方面对扎波罗热核电站的攻击当地时间8月11日,俄新社援引扎波罗热地方当局发布的消息报道称,俄军防空力量在10日夜间和11日凌晨抵
  • #壁纸[超话]##高清壁纸##博君一肖[超话]#朋友圈可爱唯美简约的文案の「短句」 1.大家好 这是我的第二杯半价2.喏 就是这个人的出现打乱了我孤独终老的计划
  • !!
  • #每日一善[超话]##阳光信用# #每日一善# 如果世界上只剩下一种审美,那便再没有了美;如果世界上只剩一种成功,那便再没有了成功;如果只剩成绩,那便没有了孩子
  • 近期看来是去不了三亚啦,暑假结束前想去看海,江浙沪的童鞋不妨看看浙江的海岛哦~-特地把船程列出来了,这个也是有利有弊的,船程久,离陆地远,海水自然清澈湛蓝,而靠
  • 当属最具粉丝经济基因的小米有品有鱼 【宅舞小科普】《#极乐净土#》是红遍各大网络平台的歌曲。她的舞蹈应该是国内宅舞区最常见的翻跳范本。
  • 。。
  • ”严峫:“我吃个饼,两口就能炫一个,你江教授非得要和我分着吃,还是一人咬一边,一起咬到中间那种!”严峫好像在回味着什么,挑着眉笑道:早餐吃得好,一天没烦恼~”马