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密蘇里大學(xué)工程學(xué)院的工程師開發(fā)了一種智能口罩，能夠通過分析咳嗽來監(jiān)測疾病。

大流行的爆發(fā)將口罩帶到了與 COVID-19 及其傳播斗爭的最前沿。盡管人們認(rèn)為戴口罩有助于遏制病毒的傳播，但要識別出攜帶病毒的人和可能易感的人仍然具有挑戰(zhàn)性。為此，工程師們轉(zhuǎn)向開發(fā)可以根據(jù)人的咳嗽監(jiān)測佩戴者生理狀態(tài)的軟生物電子學(xué)。

“智能面罩集成了精心設(shè)計、透氣和可拉伸的天線，可以檢測咳嗽和面罩佩戴情況，”該州首席工程師表示。“尤其是咳嗽、不戴口罩或戴口罩不當(dāng)，會改變智能口罩與人臉的距離，進(jìn)而影響口罩一體天線對應(yīng)的共振回波信號。當(dāng)面罩集成天線與人臉的距離發(fā)生變化時，記錄的信號也會隨之變化。因此，我們可以使用智能口罩來監(jiān)控口罩的佩戴情況。”

檢測的秘訣在于集成到面罩中的柔軟、靈活的生物電子學(xué)，該技術(shù)是使用激光輔助制造 (LSM) 開發(fā)的，這種方法在過去十年中被廣泛使用。在這種情況下，工程師在環(huán)境條件下將金屬導(dǎo)電、光敏過渡金屬氧化物（二氧化鉬）激光刻劃到涂有氯化鉬前體的軟彈性體上。該材料具有高導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，即使在磁共振成像中也是如此。此外，LSM 可以在各種基材上制成，包括聚合物、玻璃和頭發(fā)。

當(dāng)結(jié)合到面罩中時，生物電子學(xué)通過檢測集成天線與佩戴者面部之間的距離來發(fā)揮作用，從而根據(jù)咳嗽強(qiáng)度和頻率改變信號。這也可用于確定面罩是否正確佩戴以保持其有效性。“由于面罩與人臉之間的變化，面罩集成天線的共振回波信號在咳嗽時會受到影響，”工程師說。該口罩與智能手機(jī)配合使用，智能手機(jī)收集相關(guān)數(shù)據(jù)并將信息發(fā)送給可以監(jiān)控病毒潛在傳播的醫(yī)療專業(yè)人員。

關(guān)于傳感器和基板材料隨時間的退化，工程師表示，雖然傳感器可以重復(fù)使用，但目前的測試表明它們只能持續(xù)大約一天。

盡管如此，仍將進(jìn)行更多測試以完善設(shè)計。除了智能口罩，工程師們表示，他們基于 LSM 的生物電子學(xué)可以集成到軟執(zhí)行器中，以構(gòu)建光驅(qū)動的可重構(gòu) 3D 架構(gòu)、可重塑的氣流傳感器和帶有生物電子傳感器的機(jī)器人蠕蟲。

它們還可用于監(jiān)測用戶的呼吸模式以診斷其他疾病，包括睡眠呼吸暫停，并監(jiān)測其他生物特征，包括實時生命體征等。