N95 也能测心率？西北大学将口罩变成智能监测器

疫情发生以来，口罩早已成为日常生活的一部分，也是最有效的保护措施之一。

然而，这种保护是被动的，无法在佩戴不当或者口罩失效的情况下提醒佩戴者；与此同时，口罩紧贴面部，这是为个人健康提供实时监测的绝佳位置。

▲ 图片来自：NorthwesternU

正因为口罩存在限制也带来机遇，西北大学开发了为口罩添加智能属性的传感器 「FaceBit」。

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这款小巧的传感器，可用一块微小磁铁固定到任何口罩，包括 N95、布口罩或外科口罩。

▲ 口罩类型. 图片来自：NorthwesternU

FaceBit 使用节能运行系统，实时收集佩戴者的各种生理信号：

通过血液泵送产生的细微头部运动监测心率，通过温度变化监测呼吸频率，通过压力信号监测口罩贴合度和佩戴时间。

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其中比较神奇的是测量心率。研究团队表示，心脏跳动时，血液沿着大动脉流向面部，头部会移动一个「难以察觉的微小量」，FaceBit 可以感知这种微妙的运动，并将其与其他运动区分开来。

所有健康信息都会无线传输到相匹配的 app「FaceBit Companion」，它用 Swift 编程语言为 iOS 和 macOS 开发，一目了然显示实时信息。

▲ FaceBit Companion. 图片来自：facebit.health

当问题（例如心率升高）出现，app 将立即提醒用户——你应该休息、散步或深呼吸了！没有紧急情况发生时，生理数据可用来预测疲劳状况和情绪状态。

用户也能在 app 设置其他通知事项，例如补水提醒和更换口罩提醒。

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将数据「聚沙成塔」，医院系统就可以有理有据地优化员工的轮班和休息表。

在基本功能之外，开发人员将根据医护人员的反馈，在未来增添更多自定义的小部件。

▲ 图片来自：facebit.health

毕竟，只有重视反馈，才能自始至终地明了：FaceBit 为谁服务，以及提供哪些服务。

其中一项数据「面罩贴合度」，就是基于事先调研添加的。

在设计 FaceBit 之前，西北大学教授 Josiah Hester 采访了医护人员，了解他们对智能口罩的需求。所有受访者都表示，「口罩贴合质量」最重要。

在日常工作中，为了确保 N95 口罩正确密封在脸上，医护人员需要定期进行 20 分钟的「适合性测试」：

医护人员戴上 N95 呼吸器，然后在整个头部戴上透明头罩，另一名工作人员将甜味或苦味的气溶胶喷雾泵入，气溶胶的浓度在头罩内逐渐增加。如果佩戴者在一定数量的气溶胶之前尝到苦味或甜味，则说明口罩未正确密封。

▲「适合性测试」. 图片来自：NorthwesternU

虽然 FaceBit 不能取代这个繁琐且必要的过程，但它足以在测试之外的时间担当辅助。例如，口罩因为意外被撞而不再密封，FaceBit 会及时提醒佩戴者。Josiah Hester 解释道：

如果你戴口罩 12 小时或更长时间，有时你的脸会变得麻木，你甚至感觉不到它，也就意识不到口罩是松的。而 FaceBit 能够测量口罩电阻，如果阻力突然下降，表明口罩已经不密封。

FaceBit 内置了一块单独续航 11 天左右的微型电池，但这不是唯一的能量源，呼吸产生的动能和热能甚至太阳能皆可为之所用。医护人员不必在轮班期间为它充电，传感器的使用寿命也被延长了。

▲ 电池. 图片来自：NorthwesternU

作为可持续、无电池技术方面的专家，Josiah Hester 希望 FaceBit 在未来完全无电池，只需收集热能和动能为设备供电。

尽管志愿者已经在真实场景中测试了设备，FaceBit 仍然少不了临床试验。为此，研究团队在 GitHub 将该项目开源发布，包括硬件和 app，以便其他人验证设备和增添新功能。

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FaceBit 可能不会被个人广泛使用，但它为长时间轮班的疫情一线工作人员，提供了可持续、方便且舒适的健康监测。FaceBit 背后的「面部感应和推理」研究，在未来也有着更多可能。

不过，西北大学没有谈到传感器是否需要消毒以及如何消毒的问题。