準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)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(shí)隨地獲取獨(dú)居老人在家的健康體征……上海交通大學(xué)彭志科教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于微波感知的微動(dòng)監(jiān)測(cè)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(guó)際領(lǐng)先與獨(dú)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(huì)現(xiàn)場(chǎng)圖

微波微動(dòng)監(jiān)測(cè)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(wú)線電波在我們的日常生活中無(wú)處不在，例如應(yīng)用在通信領(lǐng)域中的WiFi和5G移動(dòng)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(dòng)駕駛領(lǐng)域用于目標(biāo)探測(cè)與測(cè)距的微波雷達(dá)。

基于物理世界中目標(biāo)及環(huán)境會(huì)對(duì)微波信號(hào)產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制的原理，彭志科教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了基于微波感知的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與環(huán)境智能新概念與新技術(shù)；經(jīng)過(guò)多年的理論創(chuàng)新與核心技術(shù)攻關(guān)，突破了微波全場(chǎng)感知與高精度微動(dòng)監(jiān)測(cè)難題，形成了基于微波感知的單目標(biāo)-多目標(biāo)-全場(chǎng)的同步微動(dòng)監(jiān)測(cè)與智能感知變革性技術(shù)；微動(dòng)測(cè)量精度達(dá)1um量級(jí)，可實(shí)現(xiàn)大范圍、多尺度、高精度、低成本、全天時(shí)全天候的微動(dòng)監(jiān)測(cè)與環(huán)境感知，為新型振動(dòng)與噪聲傳感、結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)、醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)與智能家居、新一代人機(jī)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(jiān)克難直面微動(dòng)監(jiān)測(cè)挑戰(zhàn)：以變革性思維，突破物理感知難題

目前，在微動(dòng)監(jiān)測(cè)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(wèn)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(shí)際使用亦受到較大限制。另一方面，視覺(jué)感知技術(shù)對(duì)光線比較敏感，難以實(shí)現(xiàn)高精度的微動(dòng)監(jiān)測(cè)，且在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中存在天然缺陷；激光探測(cè)技術(shù)常需要掃描實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)感知，且對(duì)使用環(huán)境和操作方法具有嚴(yán)格要求。

針對(duì)微動(dòng)感知與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的需求及挑戰(zhàn)，彭志科團(tuán)隊(duì)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(hào)處理、機(jī)械、力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉研究，提出了微波微動(dòng)監(jiān)測(cè)與智能感知前瞻技術(shù)原型，并突破了微動(dòng)目標(biāo)定位與信息反演、雜波干擾抑制及多特征融合的機(jī)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(jì)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(dú)居老人的日常生活管理以及身體健康等問(wèn)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(shí)以上其死亡率會(huì)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(guò)微多普勒特征提取與先進(jìn)的AI算法，微波微動(dòng)監(jiān)測(cè)與智能感知技術(shù)能夠有效地監(jiān)測(cè)跌倒及步態(tài)信息，且不涉及敏感的隱私保護(hù)問(wèn)題，為老年人的獨(dú)立生活監(jiān)測(cè)提供了新的解決方案。”項(xiàng)目組核心成員、上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士后熊玉勇介紹說(shuō)。

突如其來(lái)的新冠肺炎疫情席卷全球，對(duì)人民的生命健康及生產(chǎn)生活均帶來(lái)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(duì)全球抗疫，方艙醫(yī)院大量感染患者的健康監(jiān)測(cè)與診療，對(duì)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(guò)微波微動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)患者進(jìn)行心率及呼吸頻率等體征數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，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(cè)試與智能運(yùn)維：引領(lǐng)傳感監(jiān)測(cè)新方法

隨著港珠澳大橋等超級(jí)工程在我國(guó)建成服役，關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)試與服役期間的健康監(jiān)測(cè)是保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及人民生命安全的重要基礎(chǔ)。以橋梁為例，據(jù)報(bào)道我國(guó)現(xiàn)代橋梁總數(shù)超過(guò)100萬(wàn)座，其健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)任務(wù)非常繁重，未來(lái)將產(chǎn)生每年數(shù)千億元的運(yùn)維市場(chǎng)需求。

松浦大橋測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

針對(duì)橋梁、大型建筑物的運(yùn)維需求，團(tuán)隊(duì)研究的微波振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)多測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步形變與振動(dòng)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)全天時(shí)全天候遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，測(cè)量誤差≤5%，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的快速測(cè)試與評(píng)估，極大地降低測(cè)試成本與時(shí)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(cè)中，為關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)的智能運(yùn)維提供新的測(cè)試技術(shù)與高端儀器支撐。