準(zhǔn)確監(jiān)測方艙醫(yī)院大量感染患者的生命狀況，精確“診斷”大橋工程結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患，隨時隨地獲取獨居老人在家的健康體征……上海交通大學(xué)彭志科教授團隊研發(fā)的基于微波感知的微動監(jiān)測與環(huán)境智能前瞻技術(shù)，像一種神奇的“第六感”，能讓“看不見”的被“看見”。該研究取得了一系列國際領(lǐng)先與獨創(chuàng)的技術(shù)成果，以原始創(chuàng)新為生物醫(yī)療及工程領(lǐng)域微動監(jiān)測與環(huán)境感知等共性需求提供革新技術(shù)與解決方案。

工博會現(xiàn)場圖

微波微動監(jiān)測與智能感知技術(shù)：看不見的感知，智能精準(zhǔn)的環(huán)境可視

微波作為一種無線電波在我們的日常生活中無處不在，例如應(yīng)用在通信領(lǐng)域中的WiFi和5G移動通信，利用2.45 GHz的微波使食物中的極性分子快速振蕩從而達(dá)到加熱目的的微波爐，自動駕駛領(lǐng)域用于目標(biāo)探測與測距的微波雷達(dá)。

基于物理世界中目標(biāo)及環(huán)境會對微波信號產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制的原理，彭志科教授團隊創(chuàng)新性地提出了基于微波感知的振動監(jiān)測與環(huán)境智能新概念與新技術(shù)；經(jīng)過多年的理論創(chuàng)新與核心技術(shù)攻關(guān)，突破了微波全場感知與高精度微動監(jiān)測難題，形成了基于微波感知的單目標(biāo)-多目標(biāo)-全場的同步微動監(jiān)測與智能感知變革性技術(shù)；微動測量精度達(dá)1um量級，可實現(xiàn)大范圍、多尺度、高精度、低成本、全天時全天候的微動監(jiān)測與環(huán)境感知，為新型振動與噪聲傳感、結(jié)構(gòu)損傷檢測、醫(yī)療健康監(jiān)測與智能家居、新一代人機交互和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域提供創(chuàng)新技術(shù)與解決方案。

攻堅克難直面微動監(jiān)測挑戰(zhàn)：以變革性思維，突破物理感知難題

目前，在微動監(jiān)測與環(huán)境感知領(lǐng)域，傳統(tǒng)的接觸式傳感器在工程中存在組網(wǎng)復(fù)雜、安裝不便、成本高等突出問題，在生物傳感領(lǐng)域中可穿戴式傳感技術(shù)由于受限于穿戴操作，實際使用亦受到較大限制。另一方面，視覺感知技術(shù)對光線比較敏感，難以實現(xiàn)高精度的微動監(jiān)測，且在動態(tài)監(jiān)測中存在天然缺陷；激光探測技術(shù)常需要掃描實現(xiàn)全場感知，且對使用環(huán)境和操作方法具有嚴(yán)格要求。

針對微動感知與監(jiān)測領(lǐng)域日益增長的需求及挑戰(zhàn)，彭志科團隊致力于探究一種另辟蹊徑的感知技術(shù)以突破現(xiàn)有技術(shù)的局限性，基于電磁、信號處理、機械、力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及計算機等多學(xué)科交叉研究，提出了微波微動監(jiān)測與智能感知前瞻技術(shù)原型，并突破了微動目標(biāo)定位與信息反演、雜波干擾抑制及多特征融合的機器學(xué)習(xí)模型構(gòu)建等關(guān)鍵算法，以變革性思維解決微動監(jiān)測領(lǐng)域的難題與挑戰(zhàn)。

大健康與智能家居: 賦能智慧醫(yī)療新途徑

隨著全球人口老齡化的不斷加劇，現(xiàn)代醫(yī)療和健康保障體系面臨著巨大的挑戰(zhàn)，據(jù)統(tǒng)計到2050年，世界上65歲以上的人口將突破15億，在缺乏子女照料的情況下，獨居老人的日常生活管理以及身體健康等問題已十分凸顯。

在大健康與智能家居領(lǐng)域，非接觸式的智能傳感為解決老齡化及醫(yī)療資源緊缺等提供了新的途徑。據(jù)研究，老人跌倒后躺在地上一小時以上其死亡率會增加5倍，在慢性病管理方面，步態(tài)分析是疾病診斷和康復(fù)治療等的重要工具。“我們通過微多普勒特征提取與先進(jìn)的AI算法，微波微動監(jiān)測與智能感知技術(shù)能夠有效地監(jiān)測跌倒及步態(tài)信息，且不涉及敏感的隱私保護問題，為老年人的獨立生活監(jiān)測提供了新的解決方案?！表椖拷M核心成員、上海交大機械與動力工程學(xué)院博士后熊玉勇介紹說。

突如其來的新冠肺炎疫情席卷全球，對人民的生命健康及生產(chǎn)生活均帶來了巨大沖擊，如何保障患者健康及醫(yī)療資源緊缺的矛盾亟待解決。面對全球抗疫，方艙醫(yī)院大量感染患者的健康監(jiān)測與診療，對醫(yī)療資源的需求和醫(yī)務(wù)人員的要求提出了很大的挑戰(zhàn)，通過微波微動監(jiān)測技術(shù)可以同時對多個患者進(jìn)行心率及呼吸頻率等體征數(shù)據(jù)的監(jiān)測，為智慧醫(yī)療提供良好支撐，具有重要的應(yīng)用前景。

工程測試與智能運維：引領(lǐng)傳感監(jiān)測新方法

隨著港珠澳大橋等超級工程在我國建成服役，關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測試與服役期間的健康監(jiān)測是保障經(jīng)濟社會發(fā)展及人民生命安全的重要基礎(chǔ)。以橋梁為例，據(jù)報道我國現(xiàn)代橋梁總數(shù)超過100萬座，其健康監(jiān)測與維護任務(wù)非常繁重，未來將產(chǎn)生每年數(shù)千億元的運維市場需求。

松浦大橋測試現(xiàn)場

針對橋梁、大型建筑物的運維需求，團隊研究的微波振動監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)多測點進(jìn)行同步形變與振動測量，實現(xiàn)全天時全天候遠(yuǎn)程監(jiān)測，測量誤差≤5%，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的快速測試與評估，極大地降低測試成本與時間消耗，目前已應(yīng)用在上海地鐵高架、上海松浦大橋等工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中，為關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)的智能運維提供新的測試技術(shù)與高端儀器支撐。