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柔性壓力傳感器應(yīng)用在智能座墊上的坐姿監(jiān)測(cè)

來(lái)源:泰然健康網(wǎng) 時(shí)間:2024年12月28日 04:49
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▲坐姿監(jiān)測(cè)

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,便攜式醫(yī)療康復(fù)設(shè)備以及日常健康監(jiān)測(cè)設(shè)備也有借物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì),智能手環(huán)、體脂秤等日常健康監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)慢慢開(kāi)始融入人們的日常生活中。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、ICT、大數(shù)據(jù)、人工智能產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,由于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的性質(zhì),越來(lái)越多的人開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間的在辦公室工作,長(zhǎng)此以往引發(fā)的坐姿健康問(wèn)題也慢慢開(kāi)始被人們關(guān)注。在人體坐姿識(shí)別和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域一直以來(lái)都是研究者研究的重點(diǎn),隨著柔性壓力傳感器的不斷研究和發(fā)展,基于柔性壓力傳感器開(kāi)發(fā)的智能座墊也被越來(lái)越多的被市場(chǎng)應(yīng)用。

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監(jiān)測(cè)坐姿的意義

在《中國(guó)制造 2025》出臺(tái)的大背景下我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾,智能物聯(lián)設(shè)備慢慢的開(kāi)始被人們所關(guān)注。隨著 2020 年初國(guó)家提出新基建發(fā)展理念,其中大力推動(dòng) 5G 基站的建設(shè),5G 基站的建設(shè)以及 5G 的大力發(fā)展使得物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)可以突破現(xiàn)有的瓶頸實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中,屬于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)下的智能健康設(shè)備也伴隨著科技在不斷的進(jìn)步,人們?cè)谏钪兄饾u開(kāi)始關(guān)心自己的基本身體指數(shù),這依賴(lài)于智能健康手環(huán)、智能體脂秤等健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的不斷發(fā)展,而這些設(shè)備也是越來(lái)越受到人們的歡迎和喜愛(ài)。在日常生活中人們開(kāi)始關(guān)心自己每天的步數(shù)、每天的心跳、睡眠時(shí)間、睡眠質(zhì)量以及體脂率等指標(biāo),這些指標(biāo)與我們的日常生活以及身體健康狀態(tài)息息相關(guān),人們對(duì)于在日常生活中的可進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)的設(shè)備的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。同時(shí)伴隨著 IT、IOT、AIOT、AI 等產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展,從事互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的上班族越來(lái)越多,越來(lái)越多的人每天在辦公室里處于坐姿狀態(tài)下工作,人體坐姿健康也開(kāi)始慢慢被長(zhǎng)時(shí)間工作學(xué)習(xí)的人所關(guān)注。近幾年我國(guó)青少年的眼睛近視率居高不下,這不僅與科技不斷地發(fā)展,青少年從小接觸手機(jī)等電子產(chǎn)品相關(guān),而且由于青少年正是學(xué)習(xí)階段,長(zhǎng)時(shí)間坐著學(xué)習(xí),坐姿的不規(guī)范對(duì)于眼睛的影響也很大;上班族的職業(yè)病發(fā)病率也是逐年上升,隨著“996”問(wèn)題不斷地被熱議,上班族的工作的強(qiáng)度在不斷地增加,休息的時(shí)間不斷的減少,長(zhǎng)期坐在辦公室里工作的工作性質(zhì)使得這些久坐的上班族會(huì)產(chǎn)生下背痛等身體健康問(wèn)題,如果不注意自己的坐姿的話時(shí)間久了甚至?xí)斐杉怪鶄?cè)彎等嚴(yán)重的問(wèn)題。處于坐姿狀態(tài)的人其各個(gè)身體部位所需要承受的壓力是不一樣的,長(zhǎng)時(shí)間的坐下會(huì)造成人的腰椎間盤(pán)的位置產(chǎn)生異常的壓力負(fù)荷,這種異常的壓力負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致人體的腰部、脊椎產(chǎn)生不舒適感。在日常生活中長(zhǎng)時(shí)間駕駛的司機(jī)、伏案學(xué)習(xí)的學(xué)生以及現(xiàn)代社會(huì)中久坐的上班族都會(huì)不同程度的出現(xiàn)該類(lèi)健康問(wèn)題。而且有研究表明青春期早期是對(duì)人體養(yǎng)成坐姿的關(guān)鍵時(shí)期,青春期養(yǎng)成的不良坐姿習(xí)慣會(huì)影響整個(gè)成年期的姿勢(shì),造成人體背部疼痛,影響脊柱健康。所以如果有針對(duì)青少年的坐姿問(wèn)題的健康監(jiān)測(cè)設(shè)備,將會(huì)大大改善青少年的坐姿,保證青少年良好坐姿的同時(shí)可以緩解中國(guó)青少年近視人數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。很多研究結(jié)果也表明了如果在久坐工作者的電腦屏幕上同時(shí)顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)坐姿和本人的正確坐姿的照片,有利于久坐工作者持續(xù)改善坐姿,減少肌肉骨骼疼痛。隨著智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不斷發(fā)展以及人們的對(duì)于生活的要求不斷地提高,人們對(duì)于居家的健康監(jiān)測(cè)設(shè)備和可穿戴的健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求越來(lái)越高。這些設(shè)備不但能夠讓用戶(hù)時(shí)刻監(jiān)測(cè)自己的日常健康指數(shù),還能夠幫助患疾病后的康復(fù)者可以得到更有效的恢復(fù)。對(duì)于人體坐姿識(shí)別方法的研究在青少年預(yù)防近視和脊柱健康問(wèn)題、改善成年人坐姿以及坐輪椅的康復(fù)者的恢復(fù)治療中可以發(fā)揮重要的作用。

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不良坐姿的危害

從人體解剖學(xué)的角度進(jìn)行分析,隨著坐姿狀態(tài)的改變,處于坐姿狀態(tài)下時(shí)人的身體各個(gè)部位承受到的壓力也會(huì)隨之改變,造成臀部、腿部、腰部、頸椎所承受的壓力發(fā)生變化。在處于坐姿狀態(tài)下時(shí),因?yàn)槿说拇笸认旅嬗写罅康纳窠?jīng)組織而且有主動(dòng)脈,因此人的大腿其實(shí)并不能承受太大的壓力,這部分受到的壓力如果太大,常常會(huì)導(dǎo)致我們的腿局部麻木,嚴(yán)重的就會(huì)對(duì)我們的身體健康造成影響;在人體處于坐姿狀態(tài)時(shí),如果坐姿正確,那么人體與座椅表面接觸的壓力分布應(yīng)當(dāng)是由坐骨向外壓力漸漸減小。

人體錯(cuò)誤的坐姿主要有身體前傾式、無(wú)后腰支撐的后傾式等。對(duì)于許多久坐的上班族來(lái)講,骨盆重心前傾、坐骨后移的身體前傾式坐姿是非常舒服的一種姿勢(shì)。但是這種坐姿由于人的頭部隨著身體向前傾,脖子需要支撐頭部,長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致頸椎痛、腦袋疼,對(duì)于人體的頸椎、脖子會(huì)造成較大的健康危害。而且人體上背部因?yàn)樽说那皟A會(huì)導(dǎo)致的彎曲度較大,在人的身體處于前傾狀態(tài)下的時(shí)候,腰部用力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于腹部用力,腰部的肌肉會(huì)緊。而這種長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的腰部發(fā)力,會(huì)導(dǎo)致人的腰肌承受的壓力過(guò)大,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人體腰部的疼痛。

無(wú)后腰支撐的坐姿也就是一種松垮的后傾坐姿,是骨盆后傾,坐骨前移的一種姿態(tài)。在這種腰部懸空的姿態(tài)下,我們的腰部沒(méi)有得到應(yīng)有的力量支撐,韌帶是在一種放松的狀態(tài)下,在這種狀態(tài)時(shí),韌帶就失去了對(duì)我們的身體的支撐作用。如果久坐的人長(zhǎng)此以往的保持這種狀態(tài),身體的脊柱就易發(fā)生序列變形,我們身體原有的肌肉所使用的力量就會(huì)分布不均,時(shí)間久了就會(huì)使得脊柱發(fā)生生理曲度的變形。最為嚴(yán)重的是時(shí)間久了會(huì)使得腰椎整體退化。

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柔性壓力傳感器

應(yīng)用于智能座墊

處于坐姿狀態(tài)下時(shí),如果保持正常坐姿座椅表面的壓力分布會(huì)符合以下幾個(gè)特點(diǎn),首先臀部坐骨處的壓力應(yīng)該是最高的,在與座椅邊緣接觸的大腿下表面不應(yīng)有太大的壓力,整個(gè)壓力從坐骨區(qū)域向四周擴(kuò)散時(shí)的壓力是慢慢較小的,人體在正常坐姿狀態(tài)下壓力應(yīng)當(dāng)分布均勻并且左右對(duì)稱(chēng)。▲理想的腿部和臀部壓力模型
基于薄膜壓力傳感器的人體坐姿識(shí)別方法主要是將薄膜壓力傳感器布置在椅面或者椅背上,通過(guò)采集人體的臀部壓力數(shù)據(jù)或背部壓力數(shù)據(jù),對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法對(duì)人體的不同坐姿進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。

▲終端測(cè)試效果圖

座墊壓力傳感器適用于監(jiān)測(cè)各種皮膚接觸時(shí)所產(chǎn)生的壓力(如屁股著座及身體壓力),目前針對(duì)身體按壓力應(yīng)用的場(chǎng)景較多的是智能座墊,通過(guò)慧聞科技的柔性壓力傳感器的檢測(cè)可以收集用戶(hù)的坐姿信息、是否離座等項(xiàng)目監(jiān)測(cè)。座墊感應(yīng)到坐姿不正確,會(huì)自動(dòng)提示或報(bào)警,這是機(jī)械矯正,智能感應(yīng)。座墊壓力傳感器是由上下兩層聚酯薄膜及其復(fù)合的材料貼合而成,其壓力點(diǎn)分布及感應(yīng)范圍均 可根據(jù)客戶(hù)要求定制。通過(guò)柔性陣列壓力傳感器來(lái)設(shè)計(jì)便攜式坐姿實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及智能提醒系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)生物力學(xué)、人體工程學(xué)規(guī)律,通過(guò)鋪設(shè)于座椅上的柔性陣列壓力傳感器,采集坐立時(shí)臀部和腿部壓力分布數(shù)據(jù);通過(guò)安裝在所處環(huán)境內(nèi)的溫濕度、氣體傳感器,實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)。對(duì)采集到的壓力分布數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)上傳至云端服務(wù)器進(jìn)行分析處理。最終通過(guò)終端端口與用戶(hù)進(jìn)行交互,實(shí)時(shí)提醒用戶(hù)及時(shí)調(diào)整坐姿以保持標(biāo)準(zhǔn)坐姿以及調(diào)整環(huán)境參數(shù)以保證坐立所處環(huán)境的舒適度。

問(wèn)答

時(shí)間

智能座墊中柔性壓力傳感器的工作原理柔性陣列壓力傳感器擁有多個(gè)多個(gè)獨(dú)立感應(yīng)區(qū), 采用行列相間的矩陣式設(shè)計(jì)布局,多引線接口,基于壓阻敏感機(jī)理和隧道效應(yīng)理論,在相互接觸表面形成接觸電阻,上層和下層的接觸點(diǎn)即壓力敏感點(diǎn)。在沒(méi)有壓力時(shí),其具有穩(wěn)定的初始接觸電阻;在有壓力時(shí),其接觸電阻隨壓力的増加而線性減小,通過(guò)檢測(cè)其接觸電阻的變化值可以計(jì)算出其相對(duì)應(yīng)敏感單元或區(qū)域的壓力值。由于此傳感器厚度非常薄,柔性較好易于彎曲,因此它可以隨身攜帶,可用于日常生活中的各種場(chǎng)合,具有很好的便攜性。

排版 | 慧聞科技

文字圖片 | 部分來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)(侵刪)

企業(yè)簡(jiǎn)介

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蘇州慧聞納米科技有限公司是一家從事智能傳感器研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售,同時(shí)提供人工嗅覺(jué)解決方案的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。公司于2014年由來(lái)自前NASA的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在蘇州成立,目前已研發(fā)出針對(duì)多種有毒有害氣體(如甲醛、酒精、氨氣、一氧化碳、氮氧化物、硫化氫、甲烷、TVOC 等)的傳感器芯片及相應(yīng)的檢測(cè)模塊,在昆山建成了MEMS氣體傳感器、熱電堆溫度傳感器、柔性壓力傳感器、紅外CO2傳感器模組、激光PM2.5傳感器生產(chǎn)線,目前其它MEMS傳感器也將陸續(xù)量產(chǎn)。目前公司與中科院、清華等單位共同承擔(dān)科技部2030“面向新一代人工智能的新型感知器件和芯片技術(shù)”的重大科技專(zhuān)項(xiàng),與姑蘇實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)展人工嗅覺(jué)平臺(tái)研發(fā)項(xiàng)目;2021年公司牽頭承擔(dān)了科技部十四五“智能傳感器”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,公司主要負(fù)責(zé)新型低功耗智能傳感器的研發(fā);公司還入選工業(yè)信息化部家電智能控制部件及算法“一條龍”應(yīng)用示范參與單位,所屬環(huán)節(jié)為元器件,主要工作是基礎(chǔ)元器件性能、可靠性提升,這也標(biāo)志著慧聞科技智能氣體傳感器成為國(guó)家新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈中關(guān)鍵的基礎(chǔ)元器零部件。
公司開(kāi)發(fā)的多通道氣體傳感陣列芯片及其檢測(cè)系統(tǒng)具有功耗低、體積小、靈敏度高、選擇性好、智能化、可集成等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前通過(guò)集成于智能手機(jī)中,使手機(jī)具有“嗅覺(jué)”功能,可對(duì)環(huán)境氣體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和定量檢測(cè)。目前,公司已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利及軟件著作權(quán)九十多項(xiàng),四十多項(xiàng)已獲得授權(quán)。公司接下來(lái)在不斷拓展傳感器檢測(cè)氣體種類(lèi)的同時(shí),還將在精準(zhǔn)識(shí)別、精確檢測(cè)上不斷完善,讓微型模塊化的“電子鼻”系統(tǒng)能夠集成到越來(lái)越多的智能終端設(shè)備中,積極拓展在人工嗅覺(jué)領(lǐng)域的應(yīng)用。公司的使命是“智慧感知、健康生活”,為客戶(hù)和社會(huì)持續(xù)創(chuàng)造最大價(jià)值。公司內(nèi)部樹(shù)立了“專(zhuān)業(yè)致精,管理規(guī)范,服務(wù)至誠(chéng),追求卓越”的質(zhì)量方針和“環(huán)保優(yōu)先、安全第一、質(zhì)量至上、以人為本”的質(zhì)量健康安全環(huán)保的理念。

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蘇州慧聞納米科技有限公司

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