基于磁-机械心脏传感与模拟后向散射通信的超低功耗无线生物接口标签

《npj Flexible Electronics》：A magneto-mechanical bio-interface with ultra-low-power analog backscatter for inclusive cardiac monitoring

　　

摘要

普遍的心电监测需求要求可穿戴系统能够在多样化用户和环境下实现长期可靠运行。现代光学可穿戴设备可提供准确的脉搏率估计，但其性能仍可能依赖于光学耦合、接触条件及设备特定的传感策略。本文报道了一种超低功耗无线生物接口标签，将磁-机械心脏传感与模拟后向散射通信相结合。该标签将心脏引起的皮肤微振动转换为磁场波动，进而调制入射射频载波的反射，从而绕过标签上的数字化和主动无线传输。在涵盖 Fitzpatrick 皮肤类型 I–VI 及多种体重的 30 名参与者中，在测试协议下，该标签保持了与 ECG 参考的 RR 间期一致性，并相对于商用智能手表基准实现了准确的心率估计。标签在主动模式下功耗为 1.26 mW，在占空比操作模式下功耗为 113.9 μW，能够从纽扣电池供电超过五个月。日常活动中的多站点监测以及硬件在环 EEG、EMG 和 EOG 重放进一步证明了其向长期多模态健康监测扩展的能力。