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言不由衷是人类情感的一部分，但长期压抑情绪可能引发严重的心理问题，如焦虑或恐慌发作。为了帮助医疗保健提供者更准确地识别患者的真实情感，宾夕法尼亚州立大学的科研团队开发了一种创新的可拉伸、可充电贴片。这种贴片能够通过监测皮肤温度、心率等生理指标，探测用户的真实情绪，即使他们表面上表现得坚强。
研究人员在《纳米快报》期刊上发表了这项突破性研究，展示了这种可穿戴设备如何同时精准追踪多种情感信号。
“这是一种通过综合多种身体信号来理解情感的新方法，”宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学副教授、论文第一作者 Huanyu“Larry”Cheng 解释道。“仅依赖面部表情来判断情感往往会产生误导。由于人们通常不会明显表露真实感受，我们将面部表情分析与其他关键生理信号相结合，这将显著提升心理健康监测和支持的效果。”
这种类似创可贴的设备能够追踪与情感状态相关的多种生理反应，包括皮肤温度、湿度、心率和血氧水平。Cheng 强调，该设备的传感器设计独特，能够独立工作，最大限度地减少了不同测量之间的干扰。
该设备不仅整合了生理信号分析和面部表情数据，还能实时将测量结果无线传输到移动设备和云端，使临床医生能够更有效地进行远程患者评估。Cheng 指出，设备仅记录信号，不涉及个人信息，从而在设计上保护了用户隐私。
“这项技术有望帮助那些在心理健康方面挣扎的人，他们可能对他人甚至自己都没有完全诚实地表达自己的困境，”论文合著者、宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学博士生 Yangbo Yuan 表示。
Cheng 补充说，收集的数据还有助于弥合文化或社会差异，这些差异可能导致患者在医疗保健提供者面前表现得更加坚忍或情感丰富。“通过追踪这些信号，我们有可能在焦虑或抑郁的早期阶段发现问题。”
研究人员通过将铂和金等柔性金属薄层折叠并切割成波浪形状，制造了这种可拉伸、创可贴大小的设备，即使在拉伸或扭曲时也能保持灵敏度。他们还使用了随温度变化而改变电流的材料层，并内置了由碳原子制成的空心管，用于吸收水分并追踪湿度水平。
多个传感器的设计和放置在设备上，以避免彼此干扰。例如，研究人员在温度和湿度传感器下方放置了一层刚性层，以保护它们免受面部表情传感器可能经历的拉伸影响。他们还使用了一层防水层来保护温度和应变传感器免受湿度影响。
“我们设计了这种设备，以独立测量这些不同的信号，避免它们相互干扰，从而提供更清晰、更准确的地下情况，”论文共同通讯作者、厦门大学副教授 Libo Gao 表示。
接下来，团队训练了一个人工智能（AI）模型来读取和理解表演与真实人类情感的迹象。研究人员招募了八名参与者（这是试点研究的常见样本量），要求他们表现出六种常见面部表情：快乐、惊讶、恐惧、悲伤、愤怒和厌恶。
参与者在设备追踪其动作的同时，每种情感表情展示 100 次。研究人员随后将这些数据输入 AI 模型，训练其将特定的面部动作与不同情感相关联。然后，他们又招募了三名参与者进一步评估模型的能力。模型对表演面部表情的分类准确率为 96.28%。
在追踪真实情感方面，研究人员测试了设备在参与者观看旨在引发情感的视频片段时追踪其心理反应的能力。设备以 88.83% 的准确率正确识别了情感，传感器确认心理反应与已知的情感和心理反应之间的联系一致，例如在惊讶和愤怒期间皮肤温度和心率的增加。
Cheng 指出，无线传输数据的能力意味着医疗保健专业人员可以远程监控个人，并通过远程医疗提供及时的情感支持。
“这种传感器可以在弥合护理获取差距方面发挥重要作用，”他表示。“鉴于现代社会压力水平的上升，监测情感的能力可以提供衰弱状况的早期指标，并允许提供主动支持。”
他解释说，该设备还为其他人工智能（AI）驱动的疾病诊断和治疗系统打开了大门，而不仅仅是情感识别。他指出，这项技术可能有助于临床医生更好地理解非语言患者的精神和情感状态，更好地识别痴呆症的行为和心理症状，并识别阿片类药物过量。他补充说，这项技术未来甚至可能用于慢性伤口监测和疾病管理，以及追踪神经退行性疾病进展和运动表现。
“虽然仍处于研发阶段，但这种设备在监测和理解人类情感的能力方面迈出了重要一步，可能为更主动和个性化的心理健康护理方法铺平道路，”Cheng 表示。
