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借助前幾篇文章的介紹，相信讀者已經(jīng)知道物聯(lián)網(wǎng)(IoT)所帶來的方便性，以及為我們的生活帶來更多寶貴的信息。智能衣即是物聯(lián)網(wǎng)的穿戴式感測裝置，只要穿在身上，就可以隨時對人體進行測量。但究竟智能衣是如何對人體進行測量的?又是如何做到的呢?其實，人體隨時都在產(chǎn)生微弱的生物電信號，有的是維持體內(nèi)器官的運行，有的則是讓人體產(chǎn)生動作，只要對這些信號進行測量，就能得知許多人體信息，而這些信號則仰賴專門的傳感器來收集。

身體信號的收集

當肌肉收到來自腦部命令時，這會使得肌肉開始收縮或舒張，像是手臂肌肉就會帶動骨骼，達到支撐肢體動作。這命令會導(dǎo)致肌肉細胞產(chǎn)生膜電位(即為細胞膜的內(nèi)外電位差距)，且影響至整塊肌肉，那么要怎么量測肌電信號呢，就需要一種媒介來讀取這微小的信號，亦即于前篇文章(會照顧人的衣服?智能衣知多少(二)─探索智能衣的奧秘)所介紹的電極貼片。我們使用兩個貼片在手臂肌肉的兩端上，再于腰部附近貼上一個作為參考點，并再接上導(dǎo)線及傳感器來接收和處理肌電信號。從皮膚收到來自肌肉的信號可能非常非常小(約0.01毫伏特到100毫伏特)。因此設(shè)計傳感器電路時，就需加個放大電路讓信號變大，以便于運算處理。但人體有很多信號都會傳到皮膚，或是電極貼片也有可能接收來自空間內(nèi)的其他噪聲，這些多種信號也會被傳感器接收并加以放大，因此在傳感器中加入濾波電路來濾掉不需要的信號，只剩下我們想知道的生物電信號，如來自手臂肌肉的肌電信號，或是來自心臟的心電信號。

科技始終以人為本

智能衣的目的就是在平日即能夠穿著，以便長時間對人體進行測量，所以基于舒適度與便利性，傳感器往往會結(jié)合無線傳輸，使處理過的生物電信號傳送到用戶的移動裝置或是個人計算機。但是生物電信號經(jīng)上述處理后還是屬于模擬信號，需要做信號轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，因此傳感器中加入數(shù)字轉(zhuǎn)換器，這樣就能透過手機和個人計算機來收集轉(zhuǎn)換過后的數(shù)字信號。

智能衣結(jié)合多項技術(shù)再連結(jié)物聯(lián)網(wǎng)，使用者不只能在手機上實時看到心電圖、肌肉強度，甚至能將信息傳到云端管理，使得在遠方的用戶也能查看長期數(shù)據(jù)，達到長期的生物電訊息監(jiān)控。

肌肉訊息

了解傳感器之后，再來介紹肌肉信號。人在出力的時候，肌肉會產(chǎn)生微量的電位變化并傳至皮膚表面，例如：從手臂皮膚量測手臂肌肉的微小信號約小至0.01毫伏特、大至100毫伏特的信號，隨著肌肉不同的出力程度，信號就會呈現(xiàn)不同大小的波形曲線，紀錄下的電位信號亦稱為“肌電信號”，其波形則稱為“肌電圖”，我們能夠從中分析出肌肉的運動狀態(tài)，像是肌肉疲勞或是運動的強度，如圖一。

圖一：肌電信號波形圖。傳感器透過貼片接收肌電信號，信號處理后傳到移動裝置，移動裝置再演算處理信號并顯示肌電波形。肌電信號會隨著肌肉出力越大，波形振動幅度越大，放松時波形回到原點。肌電信號會上下振動，因為一塊肌肉是由很多肌肉細胞所組成，一個貼片可能會收到好多不同的膜電位，導(dǎo)致一個貼片收到的電位會浮動。(圖片來源：國立中山大學-嵌入式系統(tǒng)實驗室)

心電圖與心臟對照

心臟則是由心臟肌肉所構(gòu)成的，心臟收到來自大腦命令跳動時，心臟肌肉的電位會變化，所以心臟可以說是小型信號產(chǎn)生器，而心臟肌肉發(fā)送信號的頻率就是心跳。心臟左右兩側(cè)量到的信號范圍約從0.1毫伏特到2毫伏特間。而將心臟跳動的信號紀錄下來，畫成波形圖即為一般俗稱的心電圖，如圖二。

圖二：心電信號波形圖。傳感器透過貼片接收心電信號，信號處理后傳到移動裝置，移動裝置再演算處理信號并顯示心電波形。心電圖是有規(guī)律的波形，容易算出心跳率，且每次跳動都隱含著心臟內(nèi)部訊息。 (圖片來源：國立中山大學-嵌入式系統(tǒng)實驗室)

其實心電圖的波形也是有含意的，一次心跳的心電圖波形可以簡單分成三段，如圖三所示，可分為P波、QRS波、T波，它們分別代表心臟處于不同動作狀態(tài)之中。如圖三-(a)， P波表示心房開始收縮，心房開始將血液送到心室，PQ之間心臟會將血液送至心房;圖三-(b)，QRS波表示心室收縮開始輸送血液;圖三-(c)，ST之間血液由心室推進肺部與全身組織，代表此時的心臟回到放松狀態(tài)等待下一次跳動命令。

圖三：心臟狀態(tài)對照心電圖。(圖片來源：activity)

結(jié)論

人的身體就像是個電路板，科技作為探索真理的工具，解讀隱藏在人體內(nèi)的電子信息，傳感器接收人體信號，并傳送到手機端，手機加以算法整理，變成用戶讀的懂的信息，且有了云端服務(wù)，還能記錄過去的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計并整理成圖表，進而讓用戶能夠長期追蹤自己的身體狀況。