23、人工皮肤与非接触式心率变异性监测技术探索

人工皮肤与非接触式心率变异性监测技术探索

人工皮肤集成软超声波导系统

在手部运动检测领域，研究人员设计并制造了集成软超声波导的人工皮肤系统。该系统涵盖了人工皮肤、手框架和软超声波导的设计与制造，并将它们集成为一个功能系统。

当进行手部手势实验时，会有一些有趣的现象。比如，附着在拇指上的超声波导信号的飞行时间（TOF）增加且振幅减小，而附着在其他手指上的波导信号与第一个手势时相似。最后一个握拳手势的实验结果显示，该系统能够检测多个手指关节的运动，这与仅涉及单个手指关节运动的其他手势有所区别。

从 TOF 的变化来看，当手指的掌指关节（MCP）没有弯曲时，超声波导的 TOF 值保持在较低水平，大约为 135 - 145 微秒。当任何手指的 MCP 关节弯曲时，超声波导的长度会延长，导致 TOF 值增加到近 155 - 160 微秒。若关节恢复到伸展状态，TOF 值又会降回低水平。在整个实验过程中，每个手势的最高和最低 TOF 水平都保持在一定的狭窄范围内，这表明该系统具有出色的重复性，这对于实际应用来说是一项至关重要的特性。

以下是 TOF 变化的相关情况总结表格：
| 关节状态 | TOF 值范围 |
| ---- | ---- |
| MCP 关节无弯曲 | 135 - 145 微秒 |
| MCP 关节弯曲 | 155 - 160 微秒 |
| MCP 关节恢复伸展 | 135 - 145 微秒 |

此外，从 TOF 图中可以明显看出，只要手指的 MCP 关节发生弯曲，TOF 就会显著增加。这意味着 TOF 是超声波导的一个基本特征，可用于检测不同的静态手指关节位置。未来，通过应用机器学习