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医护人员等人通常必须连续戴口罩长达 12 小时，在此期间他们可能会变得精疲力竭。一种新的面罩安装设备旨在通过监测他们的生命体征和检测面罩密封处的泄漏来提供帮助。FaceBit 小巧且易于固定在任何面罩中，并配有一个移动应用程序，提供用户界面并促进研究。它通过心冲击图监测无皮肤接触的心率，通过温度变化监测呼吸频率，通过压力信号监测面罩佩戴和佩戴时间，所有这些都在设备上使用节能运行系统。FaceBit 可以从呼吸、运动或阳光中获取能量，以补充其微小的原电池，仅此电池就可以提供 11 天或更长时间的电池寿命。FaceBit 使移动计算社区能够快速启动智能口罩传感和推理研究，并为健康管理提供可持续、便捷的外形，适用于 COVID-19 一线工作人员及其他人员。

FaceBit 可以通过面罩外侧的小磁铁安装在任何类型的面罩内侧.

目前正在伊利诺伊州西北大学开发的原型小工具被称为 FaceBit，因为它被描述为类似于面部的 Fitbit。

它大约有 1/4 美元硬币那么大，通过一块小磁铁附着在任何类型的口罩（N95、布或外科口罩）的内部。

它不仅可以实时感知用户的呼吸率、心率和面罩佩戴时间，还可以通过测量面罩贴合度来代替繁琐的测试。然后，所有这些信息都会无线传输到智能手机应用程序，其中包含用于实时健康监测的仪表板。当问题（例如心率升高或面罩泄漏）意外出现时，该应用程序可以立即提醒用户。生理数据还可用于预测疲劳、身体健康状况和情绪状态。

尽管该设备由一个微型电池供电，但 FaceBit 旨在从各种环境资源中获取能量——包括用户呼吸的力量、用户呼吸的运动和热量以及来自太阳的热量。这延长了传感器的电池寿命，延长了充电之间的时间。

因此，一节电池可以在两次充电之间持续超过 11 天。希望一旦能量收集系统得到进一步发展，该设备将完全不需要电池。

面罩外的 FaceBit.

由于 FaceBit可以检测个人呼吸的力量，因此能够计算佩戴者的呼吸频率。此外，通过检测伴随每次心跳的微小头部运动——并通过区分它们与其他身体运动之间的差异——它可以确定用户的心率。最后，如果它检测到面罩对释放呼出空气的抵抗力突然下降，它就会知道面罩和佩戴者皮肤之间的密封可能会受到损害。

所有这些数据都通过蓝牙传输到随附的智能手机应用程序，该应用程序会在用户压力过大、过于疲劳或是否需要重新调整或更换面罩时发出警告。医疗保健管理人员也可以使用这些数据，以监控员工的健康状况。

近似拟合测试

在设计 FaceBit 之前，Hester 和他的合作者首先采访了医生、护士和医疗助理，以更好地了解他们对智能口罩的需求。在一系列调查中，所有临床医生都表示，佩戴口罩的质量是最重要的——尤其是在直接与病毒感染患者合作时。

为确保他们的 N95 口罩正确密封在脸上，医护人员会定期进行 20 分钟的“适合性测试”。在此过程中，医护人员首先戴上 N95 呼吸器，然后在整个头部戴上透明头罩。然后，另一名工人将甜味或苦味的气溶胶喷雾泵入引擎盖。气溶胶的浓度在头罩内逐渐增加，直到可以被佩戴呼吸器的人检测到。如果佩戴者在一定数量的气雾剂泵之前尝到苦味或甜味，则说明口罩未正确密封。

以人脸为中心的生物传感

但 FaceBit 可以评估的不仅仅是面罩的贴合度——它还可以实时监控佩戴面罩的人。通过收集各种生理信号——例如心率和呼吸频率——FaceBit 可以帮助佩戴者更好地了解自己的身体，从而做出有益的健康决定。所有健康信息，包括面罩适合度和佩戴时间，都显示在随附的智能手机应用程序上。

根据海丝特的说法，每当一个人的心脏跳动时，他们的头部就会移动一个难以察觉的微小量。FaceBit 可以感知这种微妙的运动——并将其与其他运动区分开来——以计算心率。

由于压力事件会引发生理反应，包括呼吸急促，FaceBit 可以使用该信息提醒用户休息、散步或深呼吸以冷静下来。医院系统还可以使用这些数据来优化其员工的轮班和休息时间表。由于心率和呼吸频率如此紧密地相互关联，因此能够轻松监测两者可能会开启新的研究可能性。

尽管 FaceBit 已经在真实世界的医疗环境中进行了测试，但该技术仍需要通过临床试验进行验证。它已作为开源系统发布，以便其他团体可以帮助其开发。

无电池的未来

作为可持续、无电池技术方面的专家，Hester 希望他的团队或其他人最终能够让 FaceBit 完全无电池。现在，佩戴者的呼吸和动作或阳光可以延长电池的使用寿命。但是，在未来，收集的热能和动能可以单独为设备供电。

尽管他的团队在真实场景中对志愿者进行了评估，但 Hester 表示，FaceBit 仍需要进行临床试验和验证。该团队将该项目作为开源和开放硬件发布，以便其他人可以构建和验证设备。

“FaceBit 为实际的面部感应和推理迈出了第一步，并为 COVID-19 一线工作人员及其他人员的一般健康监测提供了可持续、方便、舒适的选择，”Hester 说。“我真的很高兴能把它交给研究界，看看他们能用它做什么。”

该项目“FaceBit：智能口罩平台”得到了美国国家科学基金会为应对 COVID-19 大流行而设立的快速反应研究资助（奖励编号 CNS-2032408）。

关于这项研究的论文最近发表在ACM 杂志上的互动、移动、可穿戴和无处不在的技术上。