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监测老人步态、诊断桥梁,这项微波感知技术是如何做到的?

针对桥梁、大型建筑物的运维需求,上交大研究的微波振动监测技术,能实现结构性能的快速测试与评估,极大降低测试成本与时间消耗。

图片来源:图虫创意

准确监测方舱医院感染患者的生命状况,随时随地获取独居老人在家的健康体征,精确“诊断”大桥工程结构是否存在安全隐患……这些功能,现在都能实现了。

在今年的中国国际工业博览会(工博会)上,上海交通大学展出了彭志科教授团队研发的基于微波感知的微动监测与环境智能前瞻技术,这种技术能让“看不见”的被“看见”。

图片来源:上海交通大学

作为一种无线电波,微波在日常生活中无处不在,比如应用在通信领域中的WiFi和5G移动通信,利用2.45 GHz的微波使食物中的极性分子快速振荡从而达到加热目的的微波炉,以及在自动驾驶领域用于目标探测与测距的微波雷达。

基于物理世界中目标及环境会对微波信号产生复杂调制的原理,彭志科团队提出了基于微波感知的振动监测与环境智能新概念与新技术。经过多年的理论创新与核心技术攻关,团队突破了微波全场感知与高精度微动监测难题,能实现大范围、多尺度、高精度、低成本、全天时全天候的微动监测与环境感知。

在全球抗疫的背景下,方舱医院大量感染患者的健康监测与诊疗,对医疗资源的需求和医务人员的要求提出了很大的挑战,此项微波微动监测技术就可以同时对多个患者进行心率及呼吸频率等体征数据的监测。

目前,全球人口老龄化不断加剧,现代医疗和健康保障体系面临巨大挑战,据统计到2050年,世界上65岁以上的人口将突破15亿,在缺乏子女照料的情况下,独居老人的日常生活管理以及身体健康等问题已十分凸显。

在大健康与智能家居领域,非接触式的智能传感为解决老龄化及医疗资源紧缺等提供了新的途径。据研究,老人跌倒后躺在地上一小时以上其死亡率会增加5倍,在慢性病管理方面,步态分析是疾病诊断和康复治疗等的重要工具。

项目组核心成员、上海交大机械与动力工程学院博士后熊玉勇介绍称,我们通过微多普勒特征提取与先进的AI算法,微波微动监测与智能感知技术能够有效地监测跌倒及步态信息,且不涉及敏感的隐私保护问题,为老年人的独立生活监测提供了新的解决方案。

松浦大桥监测现场。图片来源:上海交通大学

这项技术,在大型建筑物、桥梁检测、运维方面也有很大用途。

中国现代桥梁总数超过100万座,未来将产生每年数千亿元的运维市场需求。针对桥梁、大型建筑物的运维需求,团队研究的微波振动监测技术,能够对结构多测点进行同步形变与振动测量,实现全天时全天候远程监测,测量误差≤5%,可实现结构性能的快速测试与评估,极大地降低测试成本与时间消耗。

据了解,目前该技术已应用在上海地铁高架、上海松浦大桥等工程结构的健康监测中,为关键工程结构的智能运维提供新的测试技术与高端仪器支撑。

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