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人民大学汪毅团队综述文章:柔性可穿戴设备在航天员健康监测中的应用 精选

已有 5176 次阅读 2025-4-11 13:07 |系统分类:科研笔记

研究背景:

随着人类深空探索任务的扩展,航天员在长期太空任务中面临严峻的健康风险。微重力、宇宙辐射及极端温度等环境因素可导致骨密度下降、肌肉萎缩、心血管功能紊乱及心理压力等问题。传统刚性医疗设备因体积大、侵入性强,难以适应太空环境需求。柔性可穿戴设备凭借其非侵入性、连续监测能力及高适形性,成为航天医学领域的突破性解决方案。

然而,现有设备在太空极端环境下的稳定性、能源供应及数据整合仍面临挑战,亟需通过材料创新与跨学科协作实现技术升级。

亮点 Highlights:

文章总结了柔性可穿戴设备在太空环境中的多维度监测方案,涵盖心血管、肌肉骨骼、中枢神经及环境适应性。讨论了跨学科解决方案(如柔性电子、生物降解材料)与智能算法(深度学习、边缘计算)对未来设备性能与可靠性提升重要性。提出模仿动物运动的太空训练方案,结合柔性触觉传感器实时评估运动效果。最后展望了未来的发展方向,包括开发更灵敏的生理传感器,实现血氧、体温等参数的精准采集。提供器件集成度,实现单一设备集成健康监测、环境感知与通信功能,简化航天员装备。强调伦理与安全重要性,提出数据隐私保护框架与标准化协议,确保监测数据的合法合规使用。 

文章解读

本文综述了柔性可穿戴设备在航天医学领域的应用现状及面临的挑战。随着人类太空探索向长期任务发展,实时监测宇航员生理和心理健康变得日益重要。太空环境中的微重力、辐射暴露和极端温度变化给宇航员健康带来诸多挑战,包括骨密度降低、肌肉萎缩、心血管失调及心理压力(图1)。柔性可穿戴设备具有非侵入性、舒适性、持续数据采集与传输能力,支持远程医疗和个性化健康管理等优势。通过集成多种传感器(如PPG、ECG、EMG、IMU、脑电图及环境传感器),实现对心血管、肌肉骨骼、中枢神经系统及环境适应性的实时监测,能够提供全面、连续的健康监测,对及时识别健康问题和执行个性化干预至关重要(图2)。尽管技术有所进步,但在太空中的设备稳定性、隐私问题和数据大规模采集及智能分析等方面仍存在挑战。在未来,该技术的发展还需要依赖于材料创新、智能算法创建、用户体验提升和跨学科合作。相信随着技术不断发展和成熟,柔性电子器件未来在增强宇航员健康监测能力,推动人类太空探索的进步方面将扮演重要角色(图3)。    

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图1. 太空微重力环境对航天员肌-骨系统的影响。 

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图2. 智能可穿戴设备在航天员健康监测方面的应用。  

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图3. 未来要开发更先进的宇航员健康监测设备,需要跨学科合作,包括但不限于新材料与传感器技术、智能算法与数据处理以及设备集成等。    

读后感:

柔性可穿戴设备为航天员健康监测提供了革命性工具,但其全面落地仍需攻克技术瓶颈与伦理挑战。通过跨学科合作与持续创新,未来有望实现更智能、更安全的太空健康管理,助力人类深空探索迈向新纪元。

作者简介:

汪毅,博士,中国人民大学副教授;北京市健康科普专家。主要从事航天医学,运动医学等方面的研究。先后承担了国家社科基金、空间站应用与发展基金等十余项科研项目。国内外期刊发表论文60余篇,国内外会议论文20余篇。

何江,博士2019年毕业于中国科学院大学中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子化学与物理专业。就职于北京纳米能源与系统研究所担任助理研究员。专注于高分子与低维纳米材料自组装合成与微纳加工制造及在柔性传感器件领域的应用研究。发表SCI论文30余篇,总引用3001余次,H因子23。

基金支持:

本研究得到了国家社会科学基金(20BTY029)、国家自然科学基金(52003101)、CMSP空间医学实验项目(HYZHXMH01008)和中国博士后科学基金(2020M673052和2021T140270)的支持。

【文献链接】

Yi Wang, et al., Flexible wearable device applications for monitoring astronaut health: Current status and challenges, Wearable Electronics 2, 77-84 (2025).

https://doi.org/10.1016/j.wees.2024.12.007 

期刊介绍:

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Wearable Electronics是一本全方位关注可穿戴电子领域发展的开放获取型学术期刊,期刊刊发文章涵盖可穿戴电子的基础研究和技术应用两个方面,内容涉猎广泛,刊发文章包括但不限于:与可穿戴电子相关的材料(基底材料、金属互联材料、活性层材料、封装材料等)、功能器件(传感与探测器件、通讯器件、存储器件、显示与发光器件、能量转换与存储器件、数据采集与集成电路等)以及与之相关的先进制造技术及理论研究(建模、仿真、制造、集成、封装以及与可穿戴电子产品相关的应用技术等),致力于应对可穿戴电子领域及其核心技术出现的各类全新挑战。

目前,期刊已被INSPEC,CAS(美国化学文摘),EBSCOhost等数据库收录。



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