清华大学生物医学工程研究所教授林宗宏研发出无需电池、充电的“自驱动感知系统”，只要利用体温、心跳或人体动作的微小磨擦、静电及振动就能发电，为个人智慧医疗监控辅具掀起重大革命，并应用在足压感测鞋垫，即可随时自动侦测，并透过物联网回报数据，提供病患复健建议。
针对人体生理及环境的自动感测技术发展日新月异，但电力供给始终是个大问题。林宗宏指出，不需要外部供电，即可自行驱动的感知系统，应用在智慧医疗辅具，可实现长期且不间断的生理讯号侦测，对手术后的追踪与慢性病的居家照护都有很大帮助。
▲ 足压侦测鞋垫。（Source：清华大学）
研究团队首先应用这套自驱动感知系统设计一款足压感测鞋垫，每一片鞋垫植入 4 片长宽各 1 公分，重量仅 1.5 公克的软性薄片感测器，分布在脚掌前端、两侧及后端，再加上一个轻便的穿戴式无线讯号传送装置及手机应用程序。
足压感测鞋垫能侦测，并即时传送患者的足压、脚掌各部位触地的时间等数据，分析患者行走时的身体重心分布及肌肉运动方式，帮助医师对脚底筋膜炎、椎间盘突出或十字韧带受伤等病症做出更准确的诊断、治疗与术后追踪。
▲ 从鲨鱼皮结构取得灵感来设计软性薄片感测器。（Source：清华大学）
林宗宏透露，研究团队还从拥有第六感“电感”的鲨鱼身上取得灵感，将鲨鱼表皮上的独特微结构复制、重现，应用在软性薄片感测器的外层硅胶设计上，加上中间的液态金属，就能让感测器更精确地捕捉到振动，进行感测与发电。
林宗宏表示，“自驱动感知系统”因为不需要电池供电，还可应用在心脏除颤器这类植入人体的医材，可减少重新置换除颤器时需要进行手术的风险，对于一些糖尿病等慢性疾病患者，医师也可以从远端透过足压、汗液监测，即时掌握患者的生理变化，让治疗更即时且准确。
许多自动监测系统采用精密仪器，造价不菲。林宗宏表示，自驱动感测系统主要是将微小振动等机械能转化为可供物联网分析的电讯号，具有元件制作成本低，结构设计简单，材料选择性广等优势。
林宗宏指出，因应全球高龄、失能族群及长照需求逐年增加的趋势，更显潜力十足，尤其当今全球疫情严峻，远端医疗监测的需求大增，自驱动感知系统的创新应用也深受期待。这项技术已申请到台湾和美国专利，并荣获科技部 2021 年度“未来科技奖”。
▲ 机械手环境感测器可测出汞离子等重金属污染数值。（Source：清华大学）
自驱动感知系统的发展潜力不仅在医疗领域，林宗宏指出，目前也应用在环境监测，将小型的自驱动环境监测设备装设在河川及废水排放口，就能在不需外部供电的条件下，不畏偏远、艰困环境，全天候监测水质中的汞、铅、镉、砷等重金属污染，每分钟都能提供最新的检测数据，让污染无所遁形，甚至未来也很适合送上太空，对火星环境进行长期监测。
林宗宏团队还应用这套系统研发出“自驱动智能调控玻璃”，结合轻、薄的透明导电膜及变色材料，即可透过不耗电的方式，随时调节玻璃的透光度，未来可应用在医院病房、弱视患者的眼镜辅具、汽车挡风玻璃、电脑及手机的保护隐私镜头等。
（首图来源：清华大学）
