近年來，隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，智能眼鏡、智能手表等可穿戴電子設(shè)備在醫(yī)療保健系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，不僅可以從人體中獲取健康信息，而且可以診斷、跟蹤患者的病情或提供針對(duì)性的治療方案。
然而，目前大多數(shù)可穿戴電子設(shè)備僅限于與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的參數(shù)或簡單的心率檢測(cè)，無法監(jiān)測(cè)人體電生理信號(hào)等關(guān)鍵參數(shù)，而這些關(guān)鍵參數(shù)往往是指示用戶健康狀況的關(guān)鍵因素。
亮點(diǎn)
近期，韓國高麗大學(xué)的Suk-Won Hwang副教授開發(fā)了一款新型多功能電子眼鏡（E-glasses），這款眼鏡采用3D打印鏡框，并在鏡腿處植入了柔性電極和傳感器，不僅可通過無線傳輸來連續(xù)地監(jiān)測(cè)佩戴者的腦電圖和眼電圖等生理信號(hào)，還可以通過眼球的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制視頻游戲以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)佩戴者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這項(xiàng)技術(shù)有望在智能眼鏡領(lǐng)域或?yàn)闅埣踩嗽O(shè)計(jì)的輔助技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用！
圖1顯示了3D打印智能電子眼鏡示意圖，該眼鏡配有多個(gè)電子組件，可監(jiān)測(cè)腦電圖（EEG）、眼電圖（EOG）、紫外線（UV）輻射和人體運(yùn)動(dòng)等多種參數(shù)。
研究人員以聚乳酸（PLA）為原料，通過熔融沉積成型法（FDM）實(shí)現(xiàn)眼鏡的生產(chǎn)；使用高導(dǎo)電性的碳納米管/聚二甲基硅氧烷（CNTs/PDMS）復(fù)合材料與電子眼鏡集成以進(jìn)行無線傳輸，并通過配有的傳感器來連續(xù)記錄信號(hào)。
此外，透明電致變色（EC）離子凝膠使眼鏡暴露于紫外線（UV）時(shí)鏡片變暗，沒有足夠的光強(qiáng)度時(shí)返回透明狀態(tài)，并通過安裝的傳感器證明了該眼鏡在醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測(cè)及人機(jī)界面等應(yīng)用的多功能性。
智能電子眼鏡的多功能性
圖2a顯示了該智能電子眼鏡顏色的可調(diào)節(jié)性，研究人員在鏡腿上安裝了紫外光傳感器，當(dāng)陽光足夠強(qiáng)時(shí)，傳感器觸發(fā)鏡片內(nèi)的防紫外線凝膠，使電子眼鏡變成太陽鏡，當(dāng)陽光減弱時(shí)又會(huì)恢復(fù)透明狀態(tài)。
此外，研究人員還在鏡腿上安裝了加速計(jì)作為運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器，能夠跟蹤佩戴者的姿勢(shì)和步態(tài)，可在佩戴者即將跌倒時(shí)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。表明這款眼鏡可用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或?qū)夏耆说慕】当O(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生跌撞事故會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。
智能電子眼鏡對(duì)腦電波的監(jiān)測(cè)
隨后，研究人員演示了該智能電子眼鏡作為電生理監(jiān)測(cè)器的功能。如圖3所示，與商用Ag/AgCl電極相比，研究人員制作的智能電子眼鏡成功地記錄了佩戴者的α節(jié)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)佩戴者健康狀況的監(jiān)測(cè)。
圖3c顯示了E-glasses主動(dòng)發(fā)送命令的功能，當(dāng)佩戴者直視14 Hz的右閃爍箭頭時(shí)，E-glasses可實(shí)時(shí)檢測(cè)到相同頻率的腦電波信息，監(jiān)測(cè)到的腦電波又作為輸入信號(hào)在圖3e的反饋控制系統(tǒng)中指出了正確方向。
智能電子眼鏡在人機(jī)界面的應(yīng)用
研究人員制作的智能電子眼鏡的一個(gè)重要特性是能夠獲取眼睛產(chǎn)生的電信號(hào)。如圖4所示，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)圖形用戶界面（GUI），該界面使用E-glasses實(shí)時(shí)記錄的EOG信號(hào)作為輸入源來操縱游戲“俄羅斯方塊”。
結(jié)果顯示，佩戴者可以根據(jù)眼球運(yùn)動(dòng)的方向和角度輕松地將拼圖塊移動(dòng)1步或2步，并可以針對(duì)視頻游戲的各種輸入命令進(jìn)行實(shí)時(shí)分類。表明該眼鏡在人機(jī)界面領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用性。
在本篇文章中，研究人員介紹了一種多功能可穿戴系統(tǒng)的技術(shù)平臺(tái)，并成功地制作了一款新型的多功能智能電子眼鏡，該眼鏡成功集成了多個(gè)傳感器，具有多功能性和靈活性，它不僅可以監(jiān)測(cè)用戶的健康狀況以及通過眼球控制游戲，并且可以根據(jù)佩戴者的需求將其轉(zhuǎn)換成太陽鏡。我們相信這項(xiàng)技術(shù)將為數(shù)字醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、可穿戴設(shè)備和人機(jī)交互等領(lǐng)域提供一種新穎的技術(shù)見解。
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