2008年12月2
雷达——追踪敌方轰炸机和飓风的技术——现在被用来探测另一种危险:婴儿停止呼吸。这种高科技的远程设备可以让父母从远处听或看他们的孩子,佛罗里达大学工程研究人员已经建造了一个婴儿监视器的原型,专注于婴儿的呼吸。
如果他或她的胸部停止移动,安装在婴儿床上的监视器就会检测到问题,并向父母保管的便携式设备发送警报。佛罗里达大学电子与计算机工程教授、多普勒雷达技术的首席研究员林简山(Jenshan Lin)说:“这不仅仅是通过视频链接观看婴儿或听到婴儿哭泣。”该系统利用多普勒雷达远程扫描婴儿呼吸引起的胸部进出运动,有关该系统的一篇论文将发表在《IEEE微波杂志》(IEEE Microwave Magazine) 2月刊上。在美国,父母每年购买数百万个婴儿监视器,但大多数只传输婴儿的声音或视频图像——这两种都有用,但只有在父母在听或看的时候。
一些最近上市的监视器也可以监测婴儿的动作和呼吸,但林说他不知道市场上有任何使用无线技术的监视器。佛罗里达大学工程系学生李长志、朱莉·卡明斯、杰弗里·林、埃里克·格雷夫斯和斯蒂芬妮·希门尼斯设计了这款显示器。这些学生的工作是工程学院集成产品和工艺设计课程的一部分,该课程允许高年级本科生参加为期一年的新产品或工艺设计项目。这个学生团队的目标是:利用林的雷达技术,这一技术于三年前首次开发,并在此后不断改进,成为一种有用的产品,并有可能被授权给一家公司。学生们制作了一个书本大小的装置,可以像标准显示器一样安装在婴儿床上。
他们还设计了一个带有红、蓝、绿、黄灯的远程监测站,不同程度地显示婴儿的生命体征、监测站的电池寿命,并确认监测站与婴儿床监控器的无线连接。当监视器检测到婴儿的呼吸活动低于预设的阈值,或婴儿停止呼吸时,监测站会发出响亮的警报并闪烁红灯。林说,未来的版本还可以使用更高频率的信号检测心跳。“这和警察用来捕捉超速者的多普勒雷达是一样的,但在我们的例子中,我们测量的不是恒定的速度,而是来回的运动——有点像振动,”林说。
“这是这项技术的基本原理。”林补充说,婴儿床监控器的信号功率非常低,对婴儿和父母都无害。他说,一个标准的手机发出大约一瓦的功率,而多普勒雷达只发出万分之一瓦的功率。南佛罗里达大学工程学院(University of South Florida College of Engineering)负责研究的副院长汤姆·韦勒(Tom Weller)说,婴儿监测器是一个很好的例子,说明研究和教育如何能结合在一起,成为一种有用的产品。
威勒在一封电子邮件中说:“这种微型监测器是固体微波工程与伟大创新相结合的一个例子,它有可能产生非常广泛的社会影响。”“尤其值得注意的是,林博士把他的研究成果转移到了非常有创造力的本科生手中。”林毅夫还在寻求这项技术的其他应用。到目前为止,他实现得最好的想法是:一个配备多普勒系统的搜救机器人,以确定在地震或爆炸破坏的建筑物中是否有活人。
林说,目前为止,该系统是在一个小型工作原型机器人上测试的,可以作为机器人视频系统的补充,因为它需要的电力更少,运行范围更广。这个机器人是由加布里埃尔·雷耶斯(Gabriel Reyes)学生开发的,作为他在大学学者计划中的研究项目。“或者军方可以用它来寻找敌方士兵,”林说,并指出多普勒雷达很容易穿透墙壁或其他结构部件。
林还缩小了系统中电子器件的尺寸,使其能够安装在果蝇大小的微芯片上,使远程监控器有可能用于手机。他说,这将使手机成为便携式生命信号探测器,例如,对希望监视独居的老年亲属的朋友和家人有用。