据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院微电子研究所开发了一种先进的湿度传感系统，它能够通过检测人体呼吸模式来实时监测人体行为。这项突破性技术将高灵敏智能湿度传感器、热敏电阻和微型加热器集成于一体，使得在人体行为识别方面具有极高的精准度。该系统使用多孔纳米森林（NF）作为敏感材料，展现出卓越的灵敏度、稳定性和气体选择性。同时，借助机器学习（ML）算法的强大功能，该湿度传感系统在识别人体行为方面的精准度高达96.2%，令人瞩目，这使其成为医疗保健、智能家居以及日常健康监测领域的一项变革性技术。
基于新型智能湿度传感器的行为识别系统及其在智能医疗保健领域的潜在应用
新型智能湿度传感器图示
人体行为识别技术在从医疗保健到智能家居自动化等领域中变得越来越重要。传统的视频分析和可穿戴设备等行为识别方法，常常面临隐私问题，还有环境条件的限制，甚至还需要配备多个传感器。呼吸作为人体的一种关键的生理信号，会随着不同的身体状况而发生变化，这使其成为一项极具潜力的行为识别指标。然而，当前的湿度传感器尤其是在检测呼吸急促或微弱的细微变化时，在灵敏度和稳定性方面存在一定的不足。这一差距凸显了对能够精准、实时地跟踪和分析人体行为的先进传感器的迫切需求。
中国科学院微电子研究所开发的创新型智能湿度传感系统取得了令人兴奋的进展。相关论文以“An intelligent humidity sensing system for human behavior recognition”为题发表在Microsystems & Nanoengineering期刊上。该系统将热敏电阻、微型加热器与作为敏感材料的多孔纳米森林相结合，通过呼吸监测，在识别人体行为方面达到了96.2%的惊人精准度。机器学习技术的融入，进一步提升了该系统进行实时分析的能力，为医疗保健和智能家居技术领域带来变革性的应用奠定了基础。
这项研究的核心是一款采用多孔纳米森林作为敏感材料的新型智能湿度传感器。该新型智能湿度传感器在相对湿度60%至90%的范围内工作，灵敏度达到了0.56 pF/%RH。微型加热器将其灵敏度提升了5.8倍，使其能够检测到呼出气体中极其微弱的湿度变化。同时，对热敏电阻的应用实现了精准的温度监测，确保了该新型智能湿度传感器在长期使用过程中的稳定性和精准度。该新型智能湿度传感器仅需2.2秒即可完成响应，速度极快，并且具有出色的气体选择性，非常适合用于监测人体呼吸活动。
基于多孔纳米森林的新型智能湿度传感器性能
多孔纳米森林的湿度感应机制
人体行为识别由卷积神经网络（CNN）驱动，该网络对传感器收集的湿度、温度和时间数据进行分析。通过将这些一维信号转换为三维图谱，该系统能够高度精准（96.2%的精准度）地对人体行走、睡眠和锻炼等九种常见行为进行分类。该新型智能湿度传感器集成在口罩中，能够持续收集呼吸数据，并将这些数据无线传输到智能手机或计算机上进行分析。这种硬件与软件的无缝融合，展示了该系统在医疗保健和日常生活实际应用中的巨大潜力。
用于呼吸数据采集和传输的无线系统方案展示
采用呼吸数据训练、验证高精度模型的过程
这项研究的首席研究员毛海央博士强调了这一突破的重要意义：“该新型智能湿度传感系统代表了实时行为识别领域的一次重大飞跃。通过将先进的传感器技术与机器学习相结合，我们创造出了一种可靠且高度精准的监测人体行为的工具，这对医疗保健和智能家居领域都有着深远的影响。”
该新型智能湿度传感系统的潜在应用非常广泛。在医疗保健领域，它可以用于监测患有呼吸系统疾病的患者或跟踪那些需要监测身体活动水平的人。在智能家居领域，它可以根据居住者的行为自动调节家电，从而提高居住的舒适度和安全性。此外，该系统检测呼吸细微变化的能力，还有望为了解人体如焦虑、压力等情绪状态提供有价值的信息，为心理健康监测开辟新的途径。该系统凭借其令人印象深刻的精准度和实时处理能力，有望成为未来健康电子设备和智能生活的基石。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41378-024-00863-6
