中国科大、トポロジー超構造表面に基づくウェアラブルバイオセンシング技術を提案

【計器ネット開発速報】中国科学大学マイクロエレクトロニクス学院は谷トポロジー超構造表面に基づく体表を提出したセンサーネットワークは、初めてトポロジー物理を生物医学分野に応用した。関連研究は「Body sensor networks based on flexible topological clothing」と題し、1月5日にNature Electronicsにオンラインで発表された。
 

本研究はフレキシブル導電性織物に基づく谷トポロジー超構造表面を設計し、調製し、それを日常服装に集積し、着用可能、再構成可能な体表センサーネットワークを構築した。このネットワークはトポロジー境界状態を利用して高効率、低損失の無線信号伝送を実現し、ウェアラブルバイオセンサの運動状態における通信品質と生理信号監視能力を著しく向上させた。
 

研究チームは、異なるトポロジ相を持つ2次元モジュールを設計することで、複数の独立した無線チャネルの柔軟な構成を実現した。実験により、このトポロジー服装は人体表面で30 dBを超える信号伝送増強を実現することができ、しかも曲げ、延伸及び人体貼り合わせなどの複雑な条件下でも安定した性能を維持することが明らかになった。従来の放射線通信ネットワークに比べて、このシステムはエネルギー効率、耐干渉性、データ安全性の面で顕著な優位性を持っている。
 

生理モニタリング実験では、研究チームはこのトポロジー服装を複数の加速度計、Bluetoothモジュールと統合し、適応フィルタリングと人工知能アルゴリズムを結合し、運動状態で心拍数、呼吸率などの重要な生理パラメータの高精度モニタリングを実現することに成功した。実験の結果、このシステムは運動状態で信号対雑音比が2桁以上上昇し、心拍検出の正確率が約3倍上昇した。この研究は初めてトポロジー光子構造とウェアラブルバイオメディカルセンシングを深く融合させ、次世代知能健康モニタリングに新しい構想を提供し、生物医学工学におけるトポロジー物理の応用に新しい道を切り開いた。
 

中国科学大学マイクロエレクトロニクス学院の李志鵬特任教授は論文の第1著者で、湖南師範大学の劉柱准教授は共同一作と通信著者で、通信著者には湖南師範大学の景輝教授とシンガポール国立大学のCheng-Wei Qiu教授も含まれている。