由于口罩是抗击COVID-19的关键工具，研究人员正在使用新兴技术使其更有效。由约西亚·赫斯特博士领导的美国西北大学(NWU)的一组工程师开发了一种基于传感器的新型口罩硬件平台。这款“FitbitfortheFace”或“FaceBit”是一款轻薄、四分之一大小的传感平台，可以将任何口罩变成智能监控设备。该硬件使用一个微型磁铁来连接任何掩模。

研究人员认识到，口罩可以很好地提供有价值的健康指标。有了智能口罩的主动保护，用户可以得到口罩是否佩戴正确或是否泄漏的通知。它还可以作为一个可穿戴健康追踪器，它在嘴部的位置使它比其他可穿戴设备有独特的优势。

智能口罩能测量什么？

所开发的硬件平台可以实时感知用户的呼吸频率、心率、口罩佩戴时间以及口罩的不匹配。所有这些数据都被传输到一个智能手机应用程序，其中包括一个分析仪表板。当检测到心率升高或口罩漏水等问题时，该应用程序会提醒用户。

工作原理

实现这种智能口罩的硬件是一个挑战。智能主动防护口罩曾被提出过，但它们价格昂贵、重量大、维护费用高。因为口罩必须不断更换——要么扔掉，要么洗掉——它们必须便宜，容易戴。NWU的研究人员意识到，一种可以将现有数据从一个掩模转移到另一个掩模的系统存在市场空白。

他们通过开发低成本和节能的硬件来解决这些问题。这种基于传感器的系统可用于任何口罩，无需修改，并可以很容易地使用磁铁夹在任何口罩上。

FaceBitPower体系结构

可穿戴系统需要足够大的电池，以维持一周或更长时间。但这种必要性增加了系统的重量，可能会给用户带来不适。

FaceBit采用的是一种混合方式。它包括一个小型毫瓦电池的电池支架，以及能量收集电路和存储设备，通过直流和交流电源供电的电路板。

它集成了三个3mF的钽电容，总共可以容纳μWh的收获能量。这些电容器由德州仪器的BQ电源管理IC充电，该IC具有一个具有最大功率ppt的升压转换器，一个充电电路，和一个用于电压调节的降压转换器。

FaceBit混合动力架构

硬件主要由电池供电。当电容器的电压超过3v时，电池升压变换器关闭，系统从电容器中吸取电能。当电容器的电压低于2.6V时，系统切换到从电池中获取能量。

根据研究人员的说法，这种结构允许更长的电池寿命，同时保持储存和使用收集到的能量的能力。该设备还包括额外的灵活模式，例如一种模式，使系统仅从电容器的存储能量运行。

平台系统设计与实现

FaceBit在u-blox的BMD-蓝牙低功耗(BLE)模块中配备了北欧半导体公司的nRF蓝牙5.3SoC。目前版本的FaceBit使用了六个传感器。

FaceBit依靠传感器和固件收集有关健康指标的数据。当面罩被戴上时，固件会进行测量；该委员会只使用一个气压计来记录样品，并密切

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