将口罩变成智能监控设备

西北工程研究人员已经开发出智能传感器平台了吗他们称之为“面部Fitbit”的口罩。这款被称为“FaceBit”的传感器重量轻，只有四分之一大小，它使用一块微小的磁铁附着在任何N95、布料或外科口罩上。

它不仅可以感知用户的实时呼吸频率、心率和口罩佩戴时间，还可以通过测量口罩是否贴合来取代繁琐的测试。然后，所有这些信息都被无线传输到智能手机应用程序中，该应用程序包含一个实时健康监测仪表板。当意外出现心率升高或口罩漏水等问题时，这款应用程序可以立即提醒用户。生理数据还可以用来预测疲劳、身体健康状况和情绪状态。

虽然FaceBit由一个小电池供电，但它可以从各种环境来源收集能量，包括用户的呼吸、运动、用户呼吸产生的热量以及太阳。这延长了传感器的电池寿命，延长了充电间隔时间。

麦考密克工程学院的负责人说:“我们想为医护人员设计一种智能口罩，它不需要在轮班期间不方便地插入电源。约西亚海丝特他领导了该设备的开发。“我们通过从各种来源收集能量来增强电池的能量，这意味着你可以戴上口罩一到两周，而不需要充电或更换电池。”

的研究成果发表2021年12月30日，在交互式、移动、可穿戴和无处不在技术的ACM会议论文集．在这项研究中，研究人员发现FaceBit的准确性与临床级设备相似，电池充电间隔时间超过11天。更多信息请访问facebit.health。

海丝特是计算机科学、计算机工程和电气工程的助理教授，也是麦考密克工程学院的布里德设计初级教授。

近似拟合试验

在设计FaceBit之前，赫斯特和他的合作者首先采访了医生、护士和医疗助理，以更好地了解他们对智能口罩的需求。在一系列调查中，所有临床医生都表示，口罩贴合质量是最重要的，尤其是在直接与病毒感染患者打交道时。

为了确保他们的N95口罩正确密封在脸上，医护人员定期进行20分钟的“适合测试”。在这个过程中，医护人员首先戴上N95呼吸器，然后在整个头部戴上透明的头罩。然后另一名工人将甜的或苦的气雾泵入引擎盖。在面罩内，气溶胶的浓度逐渐增加，直到可以被佩戴防毒面具的人检测到。如果佩戴者在一定数量的气溶胶泵前尝出苦味或甜味，则说明口罩密封不当。

尽管赫斯特的FaceBit还不能取代这一繁琐的过程——这是医疗行业长期面临的挑战——但它可以确保口罩在测试事件之间保持适当的贴合。例如，如果口罩在一天中松动了，或者用户在活动中碰到了口罩，FaceBit就会提醒佩戴者。

海丝特说:“如果你戴口罩12小时或更长时间，有时你的脸会变得麻木。”“你可能甚至没有意识到你的面具松了，因为你感觉不到它，或者你太过疲惫而没有注意到它。我们可以通过测量掩模电阻来近似拟合测试过程。如果我们看到电阻突然下降，这表明已经形成了泄漏，我们可以提醒佩戴者。”

Face-centric bio-sensing

但FaceBit不仅可以评估口罩是否合适，它还可以实时监控戴口罩的人。通过收集各种生理信号，如心率和呼吸频率，FaceBit可以帮助佩戴者更好地了解自己的身体，从而做出有益的健康决定。所有健康信息，包括口罩合身度和佩戴时间，都显示在配套的智能手机应用程序上。

根据赫斯特的说法，每当一个人的心脏跳动时，他们的头就会轻微地移动。FaceBit可以感知这种细微的运动，并将其与其他运动区分开来，从而计算心率。

海丝特说:“你的心脏正在向全身输送大量血液，这种弹道力量非常强大。”“当血液沿着大动脉流向面部时，我们能够感受到这种力量。”

由于压力事件会引发包括急促呼吸在内的生理反应，FaceBit可以利用这些信息提醒用户休息、散步或深呼吸来冷静下来。医院系统也可以使用这些数据来优化员工的轮班和休息时间表。由于心率和呼吸频率彼此紧密相连，拥有轻松监测两者的能力可以开辟新的研究可能性。

Battery-free未来

赫斯特希望他的团队或其他团队最终能够使FaceBit完全无电池。现在，佩戴者的呼吸、运动或阳光都可以延长电池的寿命。但是，在未来，收集的热能和动能可以单独为该设备提供动力。

尽管他的团队在现实场景中对志愿者的设备进行了评估，但赫斯特表示，FaceBit仍需要进行临床试验和验证。该团队以开源和开放硬件的形式发布了该项目，以便其他人可以构建和验证该设备。

赫斯特说:“FaceBit为实用的面部感知和推断迈出了第一步，并为COVID-19一线工作人员及其他人员提供了可持续、方便、舒适的一般健康监测选择。”“我真的很兴奋能把它交给研究界，看看他们能用它做什么。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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