據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學(xué)院微電子研究所開發(fā)了一種先進的濕度傳感系統(tǒng)，它能夠通過檢測人體呼吸模式來實時監(jiān)測人體行為。這項突破性技術(shù)將高靈敏智能濕度傳感器、熱敏電阻和微型加熱器集成于一體，使得在人體行為識別方面具有極高的精準(zhǔn)度。該系統(tǒng)使用多孔納米森林（NF）作為敏感材料，展現(xiàn)出卓越的靈敏度、穩(wěn)定性和氣體選擇性。同時，借助機器學(xué)習(xí)（ML）算法的強大功能，該濕度傳感系統(tǒng)在識別人體行為方面的精準(zhǔn)度高達96.2%，令人矚目，這使其成為醫(yī)療保健、智能家居以及日常健康監(jiān)測領(lǐng)域的一項變革性技術(shù)。

基于新型智能濕度傳感器的行為識別系統(tǒng)及其在智能醫(yī)療保健領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

新型智能濕度傳感器圖示

人體行為識別技術(shù)在從醫(yī)療保健到智能家居自動化等領(lǐng)域中變得越來越重要。傳統(tǒng)的視頻分析和可穿戴設(shè)備等行為識別方法，常常面臨隱私問題，還有環(huán)境條件的限制，甚至還需要配備多個傳感器。呼吸作為人體的一種關(guān)鍵的生理信號，會隨著不同的身體狀況而發(fā)生變化，這使其成為一項極具潛力的行為識別指標(biāo)。然而，當(dāng)前的濕度傳感器尤其是在檢測呼吸急促或微弱的細微變化時，在靈敏度和穩(wěn)定性方面存在一定的不足。這一差距凸顯了對能夠精準(zhǔn)、實時地跟蹤和分析人體行為的先進傳感器的迫切需求。

中國科學(xué)院微電子研究所開發(fā)的創(chuàng)新型智能濕度傳感系統(tǒng)取得了令人興奮的進展。相關(guān)論文以“An intelligent humidity sensing system for human behavior recognition”為題發(fā)表在Microsystems & Nanoengineering期刊上。該系統(tǒng)將熱敏電阻、微型加熱器與作為敏感材料的多孔納米森林相結(jié)合，通過呼吸監(jiān)測，在識別人體行為方面達到了96.2%的驚人精準(zhǔn)度。機器學(xué)習(xí)技術(shù)的融入，進一步提升了該系統(tǒng)進行實時分析的能力，為醫(yī)療保健和智能家居技術(shù)領(lǐng)域帶來變革性的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

這項研究的核心是一款采用多孔納米森林作為敏感材料的新型智能濕度傳感器。該新型智能濕度傳感器在相對濕度60%至90%的范圍內(nèi)工作，靈敏度達到了0.56 pF/%RH。微型加熱器將其靈敏度提升了5.8倍，使其能夠檢測到呼出氣體中極其微弱的濕度變化。同時，對熱敏電阻的應(yīng)用實現(xiàn)了精準(zhǔn)的溫度監(jiān)測，確保了該新型智能濕度傳感器在長期使用過程中的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度。該新型智能濕度傳感器僅需2.2秒即可完成響應(yīng)，速度極快，并且具有出色的氣體選擇性，非常適合用于監(jiān)測人體呼吸活動。

基于多孔納米森林的新型智能濕度傳感器性能

多孔納米森林的濕度感應(yīng)機制

人體行為識別由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）驅(qū)動，該網(wǎng)絡(luò)對傳感器收集的濕度、溫度和時間數(shù)據(jù)進行分析。通過將這些一維信號轉(zhuǎn)換為三維圖譜，該系統(tǒng)能夠高度精準(zhǔn)（96.2%的精準(zhǔn)度）地對人體行走、睡眠和鍛煉等九種常見行為進行分類。該新型智能濕度傳感器集成在口罩中，能夠持續(xù)收集呼吸數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)街悄苁謾C或計算機上進行分析。這種硬件與軟件的無縫融合，展示了該系統(tǒng)在醫(yī)療保健和日常生活實際應(yīng)用中的巨大潛力。

用于呼吸數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臒o線系統(tǒng)方案展示

采用呼吸數(shù)據(jù)訓(xùn)練、驗證高精度模型的過程

這項研究的首席研究員毛海央博士強調(diào)了這一突破的重要意義：“該新型智能濕度傳感系統(tǒng)代表了實時行為識別領(lǐng)域的一次重大飛躍。通過將先進的傳感器技術(shù)與機器學(xué)習(xí)相結(jié)合，我們創(chuàng)造出了一種可靠且高度精準(zhǔn)的監(jiān)測人體行為的工具，這對醫(yī)療保健和智能家居領(lǐng)域都有著深遠的影響。”

該新型智能濕度傳感系統(tǒng)的潛在應(yīng)用非常廣泛。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它可以用于監(jiān)測患有呼吸系統(tǒng)疾病的患者或跟蹤那些需要監(jiān)測身體活動水平的人。在智能家居領(lǐng)域，它可以根據(jù)居住者的行為自動調(diào)節(jié)家電，從而提高居住的舒適度和安全性。此外，該系統(tǒng)檢測呼吸細微變化的能力，還有望為了解人體如焦慮、壓力等情緒狀態(tài)提供有價值的信息，為心理健康監(jiān)測開辟新的途徑。該系統(tǒng)憑借其令人印象深刻的精準(zhǔn)度和實時處理能力，有望成為未來健康電子設(shè)備和智能生活的基石。