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利用環境Wi-Fi訊號進行感測之防疫用途非接觸健康監測系統

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利用環境Wi-Fi訊號進行感測之防疫用途非接觸健康監測系統

●技術簡介:
提出一種使用Wi-Fi訊號的感測器來偵測人體的活動與生命徵象,它結合多天線波束形成、注入鎖定雷達及機器學習等技術來辨識與追蹤身體及生理活動以監測健康狀態。防疫用途則設定在Wi-Fi訊號覆蓋區域內檢測出是否有人出現新冠肺炎感染的跡象或症狀,譬如疲倦、咳嗽、呼吸急促及心律不整等,或者,甚至能偵測到猝死。
●技術之科學突破性:
由於Wi-Fi訊號的覆蓋範圍遍布在我們的生活環境中,利用Wi-Fi訊號進行感測的應用很容易普及而成為現今熱門的研究議題。目前無線感測技術研究概分為通訊方法與雷達方法,通訊方法是藉由偵測Wi-Fi訊號獲得與通道有關的通訊參數,譬如接收訊號強度指示(RSSI)及通道狀態訊息(CSI),這些參數會因為通道中有人體活動而受到影響,故依據影響程度推估人體的活動狀況。常見的應用包括感應人體的存在甚至其生理訊號。然而通訊方法只能間接由通訊參數來評估人體活動造成的都普勒效應,並無法直接獲得都普勒頻移來量化人體活動的位移與速度。
雷達方法的優勢在能直接測得都普勒頻移故能量化目標移動之位移與速度,而且還能進一步利用國防領域的相位陣列技術去追蹤目標並使目標成像。雷達方法又可分為主動式雷達與被動式雷達,主動式雷達發射自有訊號源去偵測目標,然而目前只有國防雷達在X波段有頻譜授權能發射自有訊號源,民生雷達則須操作在免授權的ISM波段,故須在該波段與Wi-Fi及藍芽等無線區域網路裝置共享頻譜而容易被干擾,因此難以普及。
被動式雷達在國防領域為更先進的技術,它單憑接收外來訊號就可以偵測到移動目標,因自身不發射訊號故不容易被發現而遭到摧毀。被動式雷達的原理是將接收來自監測移動目標通道的訊號與來自參考通道的訊號進行相關性處理,藉此獲得移動目標造成的都普勒頻移,然而付出的代價是需要大量的運算資源,故難以應用在物聯網上,因為物聯網的感測器需要低耗電而無法供應大量的運算資源。
本專利技術可視為被動式雷達技術的突破性進展,突破處在將傳統被動式雷達技術的相關性處理由基頻軟體處理轉換成射頻硬體處理,其關鍵在於注入鎖定雷達的發明原理。因為沒有傳統被動式雷達耗費大量運算時間與資源的缺點,故適用於低功耗之物聯網感測器,再配合多天線波束形成與機器學習等先進技術,使能利用環境中Wi-Fi訊號來偵測人體活動以辨識健康狀況。
●技術之產業應用性:
物聯網有兩大核心技術,一為無線通訊技術,例如5G與Wi-Fi,另一為感測器技術,例如影像感測器與雷達感測器。本技術乃結合此兩大核心技術,利用Wi-Fi訊號來進行雷達感測,做為非接觸健康監測用途,以期在物聯網之重要應用-醫聯網上能有立竿見影且廣為普及之效果。台灣Wi-Fi相關產品高居全球之冠且醫療基礎設施發達,現正值新冠肺炎社區傳染嚴重威脅之刻,若利用本技術開發出使用環境Wi-Fi訊號之非接觸健康監測系統,能在Wi-Fi訊號覆蓋區域內檢測出是否有人出現新冠肺炎感染的跡象或症狀,譬如疲倦、咳嗽、呼吸急促及心律不整等,或者,甚至能偵測到猝死,不但對台灣防疫工作有重要貢獻,也有助於提升台灣通訊產品的創新形象與附加價值。
本技術對台灣兩大明星產業,醫療產業與通訊產業,將有許多突破性的創新應用。首先說明在醫療產業特別是防疫用途的創新應用,本技術乃利用Wi-Fi訊號感測人體的活動與生命徵象,是依據本技術所建立的人體都普勒影像,該影像兼具人體輪廓與活動造成的都普勒訊息,除了可用來辨識身體的姿態與活動外,因其具有高靈敏度能偵測出人體的心肺活動,故也可用來監測呼吸與心跳等生命徵象。且因為是利用Wi-Fi訊號進行感測,故無須與受測者接觸情況下就能長時間不間斷獲得身體與生理上之活動資訊,除了在醫聯網上有諸如遠距醫療及居家照護等許多應用,也能在防疫上扮演重要角色,包括監測受測者可能因新冠肺炎確診所造成身體與生理上之活動異常,譬如暈眩、倦怠、咳嗽、步履緩慢、不穩甚至跌倒、呼吸急促、心律不整、生命徵象微弱甚至失去(死亡)等。
本技術對於通訊產業的創新應用則是在現今蔚為主流的多天線(MIMO)通訊設備上附加了感測功能,以提升附加價值。在通訊上使用多天線技術能增加傳輸速率,而在感測上則能提升空間解析度,使本技術所產生的都普勒影像更加清晰,更適合醫療與防疫用途,且通訊與感測功能同時運行,互不妨礙。此外,本技術目前主要應用在普及率很高的多天線Wi-Fi聯網設備上,台灣在相關產品產值高居世界第一,故若能再附加感測功能以實現醫療與防疫等熱門應用,潛在的經濟效益將會十分可觀。

線上展網址:
https://tievirtual.twtm.com.tw/iframe/e9c29522-aac6-4609-a404-ae543195b12a?group=23bfb1fa-dd5b-4836-81a1-4a1809b1bae5&lang=tw

聯絡人

  • 姓名:蘇瑋智

  • 電話:07-5252000分機4119

  • 地址:高雄市鼓山區蓮海路70號

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其他資訊

  • 展館別:未來科技館 【2023】AIoT智慧應用

  • 所屬代表參展單位:國科會

  • 主要應用領域:資訊與通訊

位置 更多資訊

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  • 技術成熟度:雛型

  • 展示目的:商機推廣、研發成果展示

  • 流通方式:專利授權/讓與、技術授權/合作、自行洽談

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