低成本的“智能”尿布湿了可以通知看护者

对一些婴儿来说,湿尿布会在一瞬间引起强烈的换尿布的要求,而其他婴儿可能并不担心,很乐意长时间拉着湿尿布而不抱怨。但是如果穿得太久,湿尿布会引起疼痛的皮疹,婴儿和父母也会很痛苦。

现在,麻省理工学院的研究人员已经开发出一种“智能”尿布,它嵌入了一个湿度传感器,可以在尿布湿了的时候提醒看护者。当传感器检测到尿布上的潮气时,它会向附近的接收器发送信号,而附近的接收器又会向智能手机或电脑发送通知。

该传感器由一个被动式射频识别(RFID)标签组成,它被置于一层高吸水性聚合物(一种水凝胶,通常用于尿布中吸收水分)之下。当水凝胶变湿时,材料会膨胀并具有轻微的导电性——足以触发射频识别标签向1米外的射频识别阅读器发送无线电信号。

研究人员表示,该设计是水凝胶作为功能天线元件的首次演示,该天线元件可以使用RFID对尿布中的水分进行检测。他们估计,这种传感器的制造成本不到2美分,与其他智能尿布技术相比,它是一种低成本的一次性选择。

随着时间的推移,智能尿布可能有助于记录和识别某些健康问题,如便秘或尿失禁的迹象。这种新的传感器对于在新生儿病房工作和同时照顾多个婴儿的护士可能特别有用。

麻省理工学院自动识别实验室的研究助理Pankhuri Sen设想,这种传感器也可以集成到成人尿布中,为那些可能没有意识到或者因为太尴尬而不愿意告诉自己需要更换尿布的病人服务。

“尿布不仅是给婴儿用的,而且是给上了年纪的人群用的,或者是给卧床不起、不能自理的病人用的,”森说。“在这些情况下,如果能通知护理人员,病人(尤其是在有多张病床的医院里)需要更换,会很方便。”

麻省理工学院机械工程系研究生Sai Nithin R. Kantareddy是该研究的合作者,他补充说:“这可以防止在老年人和婴儿群体中出现皮疹和尿路感染等感染。”

Sen、Kantareddy和他们在麻省理工学院的同事,包括Rahul Bhattacharryya和Sanjay Sarma,以及密歇根州立大学的Joshua Siegel,今天在IEEE《传感器》杂志上发表了他们的研究结果。Sarma是麻省理工学院开放学习的副校长,也是Fred Fort Flowers和Daniel Fort Flowers机械工程教授。

贴纸有意义

许多现成的尿布都有湿性指示条,印在尿布外面,湿了就会变色——这种设计通常需要脱下好几层衣服才能看到真正的尿布。

正在研究智能尿片技术的公司正在考虑一种具有无线或蓝牙功能的尿片湿度传感器,这种传感器可以附着在尿片的外部,同时还可以通过一块体积庞大的电池为尿片与互联网的远程连接提供电力。这些传感器被设计成可重复使用,需要护理人员在将传感器安装到每个新尿布上之前将其拆卸和清洁。目前正在开发的智能尿布传感器,Sen估计,零售价超过40美元。

相比之下,RFID标签成本低,而且是一次性的,可以打印成卷的贴纸,类似于条形码标签。麻省理工学院的自动识别实验室由Sarma建立,一直处于RFID标签发展的前沿,其目标是用它们将我们的物理世界与互联网连接起来。

一个典型的RFID标签有两个元素:一个用于反向散射射频信号的天线,和一个存储标签信息的RFID芯片,比如标签贴在特定产品上。RFID标签不需要电池;它们以射频识别阅读器发出的无线电波的形式接收能量。当射频识别标签接收到这种能量时,它的天线就会激活射频识别芯片,调整无线电波,将信息编码在电波中,发送回读卡器。例如,这就是如何识别和跟踪带有RFID标签的产品。

Sarma的团队已经使RFID标签不仅可以作为无线跟踪器,还可以作为传感器。最近,作为麻省理工学院工业Liason项目的一部分,该团队开始与位于南美的尿布制造商Softys合作,研究如何将RFID标签配置为低成本的一次性尿片湿度检测器。研究人员访问了该公司的一家工厂,了解了涉及尿布制造的机械和组装,然后回到麻省理工学院,设计一个RFID传感器,它可能合理地集成在尿布制造过程中。

标签,你

他们提出的设计可以整合到一个典型的尿布的底层。传感器本身类似于一个领结,领结的中间是一个典型的RFID芯片,连接领结的两个三角形,每个三角形由水凝胶高吸水性聚合物或SAP制成。

通常,SAP是一种绝缘材料,这意味着它不导电。但当水凝胶变湿时,研究人员发现材料性质发生变化,水凝胶变得导电。导电性非常弱,但它足以对环境中的任何无线电信号做出反应,比如RFID阅读器发出的信号。这种相互作用产生一个小电流,打开传感器的芯片,然后作为一个典型的RFID标签,调整和发送无线电信号回阅读器的信息-在这种情况下,尿布是湿的。

研究人员发现,通过在传感器中加入少量铜,可以提高传感器的导电性,从而提高标签与读者交流的范围,达到1米多远。

为了测试传感器的性能,他们在新出生的婴儿尿布的底层放置了一个标签,并把每个尿布包在一个真人大小的娃娃周围。他们在娃娃里面填满了类似于人体体液的盐水。他们将这些娃娃放置在离RFID阅读器不同距离的不同方向上,比如平躺和直立坐着。他们发现,当尿布完全湿了的时候,他们设计的适用于新尺寸尿布的特殊传感器能够激活并与一米外的读者交流。

森设想,可以在婴儿的房间里放置一个连接到互联网的RFID阅读器来检测湿尿布,这样它就可以向看护者的手机或电脑发送需要更换尿布的通知。她说,对于可能也受益于智能尿布的老年患者,小型RFID阅读器甚至可以附加在拐杖和轮椅等辅助设备上,以接收标签的信号。

这项研究得到了麻省理工学院工业Liason项目下Softys的部分支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2020/smart-diaper-rfid-notify-caregiver-0214

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