2020年 4 月，美國航天基金會(huì)發(fā)布了2020年第一季度《航天報(bào)告》，從航天經(jīng)濟(jì)、從業(yè)人員、空間基礎(chǔ)設(shè)施、航天產(chǎn)品和創(chuàng)新四個(gè)部分對全球航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況進(jìn)行了總結(jié)與分析。本文摘編了報(bào)告中航天產(chǎn)品和創(chuàng)新相關(guān)內(nèi)容，供讀者參考。

一、可穿戴技術(shù)緣起航天員

當(dāng)人們完成一項(xiàng)訓(xùn)練后，看一眼手表就能知道自己的心率和消耗的卡路里，當(dāng)手表檢測到佩戴者心律不齊時(shí)還會(huì)發(fā)出警示信號。現(xiàn)在，這樣的設(shè)備已經(jīng)非常普及。很難想象，在太空計(jì)劃之初，美國國家航空航天局（NASA）的航天員甚至還未擁有這類技術(shù)和設(shè)備。

20世紀(jì)60年代初，實(shí)時(shí)采集和傳輸生理數(shù)據(jù)是無法企及的幻想。隨著“水星計(jì)劃”（Project Mercury）的結(jié)束，周期越來越長的太空任務(wù)引起了人們對航天員健康的關(guān)注，從而催生了“雙子座計(jì)劃”（Gemini Program）?！半p子座計(jì)劃”的主要目標(biāo)是確定人類在長期太空飛行中的耐受力，并開發(fā)跟蹤航天員在太空健康狀況的監(jiān)測系統(tǒng)——這對于后來的“阿波羅計(jì)劃”（Apollo Program）尤為重要，有助于進(jìn)一步延長太空任務(wù)的持續(xù)時(shí)間進(jìn)而到達(dá)月球。

1961年，人們首次利用可穿戴技術(shù)對生命體征進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)測。當(dāng)時(shí)，在地面監(jiān)測了航天員尤里·加加林的心電圖數(shù)據(jù)（ECG/EKG）、呼吸頻率、眼球運(yùn)動(dòng)和皮膚電反應(yīng)。1962年，NASA與太空實(shí)驗(yàn)室（Spacelabs）簽訂了一份合同，以開發(fā)一個(gè)監(jiān)測航天員生命體征的系統(tǒng)和一個(gè)同時(shí)將數(shù)據(jù)傳回地球的遙測系統(tǒng)。1965年，生命體征遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在雙子座4號任務(wù)中首次使用，航天員埃德·懷特在美國首次太空行走中佩戴了這一系統(tǒng)。1969年，第一個(gè)登上月球的航天員尼爾·阿姆斯特朗也佩戴了太空實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品。

埃德 · 懷特首次太空行走

二、生物遙測技術(shù)用于地面醫(yī)療

在NASA成功應(yīng)用太空實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的生命體征遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)后，太空實(shí)驗(yàn)室又針對醫(yī)院開發(fā)了一種類似的系統(tǒng)，可用于跟蹤病人的康復(fù)情況。在接下來的十年間，該公司開發(fā)了多個(gè)系統(tǒng)，以滿足各種健康跟蹤需求。目前，這些系統(tǒng)還在不斷完善中，可供醫(yī)院、看護(hù)機(jī)構(gòu)和緊急醫(yī)療救護(hù)技術(shù)人員現(xiàn)場使用。

21世紀(jì)初，NASA在對早期可穿戴技術(shù)進(jìn)行更新的基礎(chǔ)上，開發(fā)了生命監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠連續(xù)記錄2條導(dǎo)聯(lián)心電圖、心率、呼吸頻率、體溫、3個(gè)正交方向加速度、血氧飽和度和血壓。生命監(jiān)控系統(tǒng)可適用于多種地面應(yīng)用，包括監(jiān)測心血管疾病患者、輔助診斷、監(jiān)測活動(dòng)等級、評估步態(tài)穩(wěn)定性、評估治療效果、跟蹤睡眠質(zhì)量和時(shí)長等。該系統(tǒng)還能提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有助于在搜救任務(wù)中評估受傷士兵、消防員和救護(hù)人員的情況。

生命監(jiān)控系統(tǒng)

三、可穿戴設(shè)備融入物聯(lián)網(wǎng)

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展成為熱點(diǎn)，可穿戴設(shè)備已成為物聯(lián)網(wǎng)市場的重要組成部分。截至2019年底，全球可穿戴技術(shù)方面的消費(fèi)估計(jì)達(dá)到410億美元（較2018年增長25%），預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到520億美元，同比增長27%。

盡管早期可穿戴技術(shù)的消費(fèi)應(yīng)用主要是腕表和助聽器等耐用設(shè)備，但這些設(shè)備并不能收集和傳輸佩戴者的相關(guān)數(shù)據(jù)。新型可穿戴設(shè)備配置了傳感器、軟件和聯(lián)網(wǎng)功能，可在無需人工干預(yù)的情況下與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。例如，通過心電圖（ECG/EKG）監(jiān)測心率，通過肌電圖（EMG）了解肌肉生物信號，通過腦電圖（EEG）了解腦電波，從而跟蹤用戶的一系列生理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在市面上的腕帶或智能手表大都采用了這類技術(shù)。

美國Fitbit公司于2008年推出了非傳統(tǒng)可穿戴健身技術(shù)。到2015年，該公司的可穿戴科技產(chǎn)品銷量躍居世界第一，具備跟蹤步數(shù)、里程、爬樓層數(shù)、消耗卡路里和睡眠模式等功能。2015年，蘋果公司的第一款智能手表Apple Watch首次亮相，迅速取代了Fitbit公司的產(chǎn)品，成為最暢銷的可穿戴設(shè)備。由于大眾對可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提出質(zhì)疑，2018年底發(fā)布的Apple Watch 4增加了心電圖功能，成為第一款受到美國食品藥品管理局（FDA）認(rèn)可的具有心電圖功能的消費(fèi)產(chǎn)品。

顯示佩戴者心率的Apple Watch 4

四、可穿戴技術(shù)將在太空和地球上互利發(fā)展

可穿戴技術(shù)已從太空應(yīng)用于地球，但在太空中仍有一席之地。最近的醫(yī)學(xué)研究成果表明，航天員在太空停留6個(gè)月后，其頸動(dòng)脈相當(dāng)于老化了20到30歲。此外，由于缺乏鍛煉而產(chǎn)生的胰島素阻抗也會(huì)給航天員健康帶來威脅。隨著未來太空任務(wù)時(shí)長增加，對航天員的健康狀況進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤將更加重要。

加拿大Hexoskin公司研發(fā)了一款生命體征監(jiān)測產(chǎn)品Astroskin，作為加拿大航天局（CSA）“生物監(jiān)測器”（Bio Monitor）的一部分，用于跟蹤國際空間站上加拿大航天員的健康狀況。這種可機(jī)洗的智能襯衫可在睡眠或運(yùn)動(dòng)時(shí)穿著，用于監(jiān)測脈搏、血壓、呼吸狀況、血氧飽和度、活動(dòng)等級、心率變異性和皮膚溫度等生理數(shù)據(jù)。該公司生產(chǎn)的另一款商業(yè)化產(chǎn)品Hexoskin智能服裝也能記錄類似數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給用戶。

新設(shè)備能夠檢測到其他健康風(fēng)險(xiǎn)。麻省理工學(xué)院一家專門從事人工智能的公司Empatica與NASA合作，研制了第一款獲得FDA許可的檢測癲癇發(fā)作的智能手表Embrace。目前，該公司已宣布開發(fā)出新型智能手表Empatica Plus。該手表采用了可穿戴技術(shù)，可用于對未來開展首次火星任務(wù)的乘員進(jìn)行健康監(jiān)測。

加拿大航天員身穿帶有“生物監(jiān)測器”的衣服

在地球上，暈動(dòng)病是一個(gè)困擾人類的問題，對于太空中的航天員而言，更是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。人類的感官系統(tǒng)利用重力確定物理方位，太空中的微重力環(huán)境使感官系統(tǒng)暫時(shí)處于混亂狀態(tài)，即使對于經(jīng)驗(yàn)豐富的航天員也會(huì)引發(fā)一系列問題，如出現(xiàn)定向障礙，甚至惡心嘔吐等。Zephyr公司開發(fā)了BioHarness產(chǎn)品，這是一種戴在上身的帶子，能夠獲取和傳輸一系列生理數(shù)據(jù)，幫助解決暈動(dòng)病帶來的問題。NASA與Zephyr公司合作，在太空任務(wù)中對其進(jìn)行測試。目前，BioHarness產(chǎn)品可對消防員、士兵、大學(xué)運(yùn)動(dòng)隊(duì)，甚至NFL、NBA和NHL等幾支職業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)球員的健康狀況進(jìn)行跟蹤。

為了進(jìn)一步向航天員提供可穿戴健康跟蹤能力，NASA的格倫研究中心（Glenn Research Center）開發(fā)了“便攜式代謝分析裝置”（PUMA），這是一種遠(yuǎn)程測量航天員代謝率的裝置。英國制造商Dialog半導(dǎo)體公司與NASA共同開發(fā)了一個(gè)多傳感器乘員裝置，該裝置可監(jiān)測飛船狹小艙室中的二氧化碳和其他環(huán)境因子，為航天員提供警示信號，提示潛在的危險(xiǎn)毒性因子的水平。

很難預(yù)測，用于太空探索的可穿戴技術(shù)和生物遙測技術(shù)未來將如何交叉和融合發(fā)展。但毫無疑問，未來將實(shí)現(xiàn)更多互利的進(jìn)步，保障太空探索者和地球消費(fèi)者的健康。