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過去幾十年來，電子和生物醫學工程師開發了越來越精密的生物傳感器，這種設備可以接收來自人體的生物訊號。這些傳感器通常嵌入在可穿戴或植入式技術中，但在使用者大量移動的環境中（例如在車輛內），這些感測器的性能往往會下降。
新加坡國立大學和中國清華大學的研究人員最近開發了一種新型傳感器，可以在不直接接觸使用者身體的情況下，接收與追蹤生物信號（如心跳與呼吸）。這項感測器的相關研究已發表於《Nature Electronics》期刊，並可能應用於封閉且動態的環境（例如機艙、移動中的汽車或巴士）中，用於接收人體的心肺訊號。
「監測駕駛的警覺性或壓力對於道路安全至關重要，」該論文的合著者田曦告訴 Tech Xplore。「目前設計用於測量疲勞生理指標（如心率與呼吸）的感測器，在移動車輛中會因不可預測的振動噪聲而面臨挑戰。為了克服這些挑戰，我們的研究專注於開發能在動態環境中進行非接觸式可靠健康監測的汽車生物感測器。」
田曦和他的同事開發的生物傳感器基於超材料，這種材料經過精心設計，可以增強或改變其特性。為了製造他們的傳感器，研究人員將排列成梳狀圖案的導電線繡到安全帶上，製作出一種可以引導無線電波並增強與人體互動的表面。
「這種設計能夠透過衣服檢測細微的生理運動，同時減輕來自車輛振動和其他乘客的環境噪聲，」田曦解釋說。「透過使用訊號處理流程，我們的生物傳感器可以連續可靠地監測行駛中車輛駕駛的心跳和呼吸。」
研究人員在一系列測試中評估了他們傳感器的性能，這些測試在航空機艙模擬器和行駛中的汽車中進行。他們發現，這款整合於安全帶中的感測器不僅符合使用者的身體曲線，同時，即使在這種動態環境中也能可靠地檢測到細微的心肺訊號。
「我們證明在不同的交通狀況下，在新加坡進行 1.5 小時的路線測試中，生物傳感器的性能在行駛中的車輛中不受影響，」田曦說。「此外，我們還在飛機艙模擬環境中評估了感測器進行連續生理監測的能力，該感測器能在睡眠期間檢測心率變化，用於判斷睡眠與清醒狀態。這些結果突顯了該生物感測器在各種挑戰性環境中進行連續可靠生理監測的潛力。」
這個研究團隊開發的新型生物傳感器很快就可以進一步改進，並在其他實際場景中進行測試。未來，它可以整合到汽車、飛機和其他交通工具的安全帶中，作為監測駕駛生理訊號和預防致命事故的一種方式。
「我們未來的研究將集中在使傳感器的無線電的組件小型化，並將它們整合到緊湊的模組中，以實現具有成本效益的量產，」田曦補充道。「我們還計畫開發演算法來解釋生理數據，以評估疲勞、壓力和駕駛健康狀況。我們計劃與汽車製造商合作，在實際環境中改進和驗證這個系統。」
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