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上海交大团队研发:基于微波感知的微动监测与环境智能前瞻技术

发布时间:2020-10-14 05:21 作者:电玩城捕鱼

  上海9月18日电(葛俊俊) 准确监测方舱医院大量感染患者的生命状况,精确“诊断”大桥工程结构是否存在安全隐患,随时随地获取独居老人在家的健康体征上海交通大学彭志科教授团队研发的基于微波感知的微动监测与环境智能前瞻技术,像一种神奇的“第六感”,能让“看不见”的被“看见”。该研究取得了一系列国际领先与独创的技术成果,以原始创新为生物医疗及工程领域微动监测与环境感知等共性需求提供革新技术与解决方案。

  微波作为一种无线电波在我们的日常生活中无处不在,例如应用在通信领域中的WiFi和5G移动通信,利用2.45 GHz的微波使食物中的极性分子快速振荡从而达到加热目的的微波炉,自动驾驶领域用于目标探测与测距的微波雷达。

  基于物理世界中目标及环境会对微波信号产生复杂调制的原理,彭志科教授团队创新性地提出了基于微波感知的振动监测与环境智能新概念与新技术;经过多年的理论创新与核心技术攻关,突破了微波全场感知与高精度微动监测难题,形成了基于微波感知的单目标-多目标-全场的同步微动监测与智能感知变革性技术;微动测量精度达1um量级,可实现大范围、多尺度、高精度、低成本、全天时全天候的微动监测与环境感知,为新型振动与噪声传感、结构损伤检测、医疗健康监测与智能家居、新一代人机交互和物联网等领域提供创新技术与解决方案。

  目前,在微动监测与环境感知领域,传统的接触式传感器在工程中存在组网复杂、安装不便、成本高等突出问题,在生物传感领域中可穿戴式传感技术由于受限于穿戴操作,实际使用亦受到较大限制。另一方面,视觉感知技术对光线比较敏感,难以实现高精度的微动监测,且在动态监测中存在天然缺陷;激光探测技术常需要扫描实现全场感知,且对使用环境和操作方法具有严格要求。

  针对微动感知与监测领域日益增长的需求及挑战,彭志科团队致力于探究一种另辟蹊径的感知技术以突破现有技术的局限性,基于电磁、信号处理、机械、力学、生物医学及计算机等多学科交叉研究,提出了微波微动监测与智能感知前瞻技术原型,并突破了微动目标定位与信息反演、杂波干扰抑制及多特征融合的机器学习模型构建等关键算法,以变革性思维解决微动监测领域的难题与挑战。

  随着全球人口老龄化的不断加剧,现代医疗和健康保障体系面临着巨大的挑战,据统计到2050年,世界上65岁以上的人口将突破15亿,在缺乏子女照料的情况下,独居老人的日常生活管理以及身体健康等问题已十分凸显。

  在大健康与智能家居领域,非接触式的智能传感为解决老龄化及医疗资源紧缺等提供了新的途径。据研究,老人跌倒后躺在地上一小时以上其死亡率会增加5倍,在慢性病管理方面,步态分析是疾病诊断和康复治疗等的重要工具。“我们通过微多普勒特征提取与先进的AI算法,微波微动监测与智能感知技术能够有效地监测跌倒及步态信息,且不涉及敏感的隐私保护问题,为老年人的独立生活监测提供了新的解决方案。”项目组核心成员、上海交大机械与动力工程学院博士后熊玉勇介绍说。

  突如其来的新冠肺炎疫情席卷全球,对人民的生命健康及生产生活均带来了巨大冲击,如何保障患者健康及医疗资源紧缺的矛盾亟待解决。面对全球抗疫,方舱医院大量感染患者的健康监测与诊疗,对医疗资源的需求和医务人员的要求提出了很大的挑战,通过微波微动监测技术可以同时对多个患者进行心率及呼吸频率等体征数据的监测,为智慧医疗提供良好支撑,具有重要的应用前景。

  随着港珠澳大桥等超级工程在我国建成服役,关键工程结构的力学性能测试与服役期间的健康监测是保障经济社会发展及人民生命安全的重要基础。以桥梁为例,据报道我国现代桥梁总数超过100万座,其健康监测与维护任务非常繁重,未来将产生每年数千亿元的运维市场需求。

  针对桥梁、大型建筑物的运维需求,团队研究的微波振动监测技术,能够对结构多测点进行同步形变与振动测量,实现全天时全天候远程监测,测量误差5%,可实现结构性能的快速测试与评估,极大地降低测试成本与时间消耗,目前已应用在上海地铁高架、上海松浦大桥等工程结构的健康监测中,为关键工程结构的智能运维提供新的测试技术与高端仪器支撑。


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