人體汗液含有化學信息，包括血液代謝物、離子濃度和營養(yǎng)素。使用可穿戴傳感器監(jiān)測這些信息可以實現(xiàn)非侵入性(即，無需血液采樣)、實時的健康狀況跟蹤。例如，了解汗量和離子濃度可以幫助人們在體育活動中保持足夠的水和鈉水平，并且可以通過識別癥狀性過度出汗來預防低血糖休克。

由于可穿戴汗液傳感器貼片由于實時連續(xù)數(shù)據(jù)無線傳輸而產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)并消耗大量能量，因此很難實現(xiàn)足夠的工作時間以使其使用實用。

自旋電子學中心的Hyunjung Yi博士的研究團隊和漢陽大學機械工程系Rhokyun Kwak教授的研究團隊開發(fā)了一種可穿戴的汗液傳感器貼片，通過模仿感覺神經(jīng)元的高效信息處理方法，可以運行超過24小時。

當人類感覺神經(jīng)元接收到外部刺激時，它會將信息轉(zhuǎn)化為尖峰信號。外部激勵強度與尖峰信號頻率成正比。神經(jīng)元使用的這種基于事件的尖峰信號處理方法能夠高效、快速、準確地處理大量復雜的外部刺激數(shù)據(jù)。如果應用人類感覺神經(jīng)元使用的這種“基于事件的無線監(jiān)控”方法，則只有在發(fā)生與用戶健康指標相關(guān)的重要事件時才會傳輸數(shù)據(jù)，從而最大限度地減少無線監(jiān)控器的能耗。

這些研究團隊開發(fā)了一種無線可穿戴汗液傳感器貼片，模仿感覺神經(jīng)元的“尖峰信號”，并在臨床試驗中證明了通過基于事件的無線監(jiān)測顯著降低能耗的能力。汗液由貼片構(gòu)成，在錐形開放的垂直汗液通道頂部放置一個除汗層，可以快速去除通道中的汗液填充物(見上圖)。

每個汗液通道內(nèi)壁都有一對電極，允許將汗液充滿通道并被移除的過程轉(zhuǎn)換為電信號。當通道被填充時，電信號會增加，每次汗水被瞬間排出時，電信號都會迅速減少。當重復此過程時，會產(chǎn)生尖峰形式的信號。尖峰信號的頻率和幅度攜帶有關(guān)汗液排泄速度和汗液離子成分濃度的可解釋信息。

通過反復的填充和排空過程，汗液傳感器可以長時間連續(xù)運行，并且由于新分泌的汗液不與預先存在的汗液混合，因此傳感器可以提供準確的信息。研究團隊通過實驗證明，這種基于事件的數(shù)據(jù)傳輸方式的能耗僅為連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸能耗的0.63%，使研發(fā)的可穿戴汗液傳感器貼片能夠連續(xù)運行24小時以上。在實際運動情況下，從各種皮膚表面的汗液中獲取的信息已在臨床試驗中成功獲得。

該貼片的開發(fā)可實現(xiàn)長期汗液監(jiān)測，可用于檢測急性疾病或其前體，例如夜間低血糖休克和心臟病發(fā)作。傳感方法有望通過應用于其他類型的皮膚附著傳感器和采用新的計算技術(shù)來實現(xiàn)更節(jié)能和智能的數(shù)字健康管理。