青岛电子科技大学有这样一支团队,他们依靠气体探测技术,不仅能帮助救援队在危险地区救出受困群众,还能帮助医生检测人体健康状况。

气体往往无形无色,他们却能抽丝剥茧,对气体进行分析,找到对人类有用的信息,并将科研成果落地,进行产学研一体化应用,为守护人类生命健康提供有效帮助。

这支团队,就是跨学科的青岛电子科技大学智能探测与感知团队。

8月6日,记者对青岛电子科技大学空间科学与技术学院副教授程鹏飞、王莹麟,计算机科学与技术学院副教授李贺进行了采访。

问:从救援角度讲,你们团队的气体探测手段和以往的生命探测手段相比,有什么优势呢?

程鹏飞:以往对埋压人员的搜救主要依靠生命探测仪和搜救犬。传统的生命探测仪的雷达波技术很难透过水和金属等介质,搜救犬嗅觉的灵敏度也会随着它们在救援现场连续工作时间的增长而降低。

我们依托气体探测技术,专门研发出“人体痕量气体标记物探测技术装备”。与传统的生命探测仪和搜救犬相比,“人体痕量气体标记物探测技术装备”可在灾后复杂地形中将被困者代谢产生的痕量气体作为标记物,通过对压埋缝隙中所散出的痕量气体进行探测,确定被困者位置,为救援队伍开展人员搜救提供有效帮助和指引。同时,它具有更好的穿透力、稳定性,且在电力保障的情况下可长时间不间断工作。

问:“人体痕量气体标记物探测技术装备”的探测精确度如何?

王莹麟:作为国家重点研发计划“揭榜挂帅”项目,“人体痕量气体标记物探测技术装备”通过了严格的考核。

在测算其探测准确度时,专家给我们出了非常难的考题:他们准备了5个10米深的洞,在洞底放了5瓶气体,并插上管子模拟人体呼气的流量进行气体释放。这5瓶气体中,只有1瓶是有人体标记物的,且浓度极低。我们需要用设备把这瓶具有人体标记物的气体测出来。面对如此高精度的检测验证,我们团队给出了5次全对的满分“答卷”。这个精准度就好比在1个标准足球场上去找1枚1元硬币。当时,评委挺震惊的。

问:去年,团队的科研成果已经用于实地探测救援了,对吗?

李贺:是的。在去年底甘肃积石山的灾情中,我们进行了5天救援,帮助救援官兵标注了12处疑似点。

为了便于救援,我们对设备进行了很多优化:提升了器件微纳加工和集成工艺,使得装备更便于携带和操作;加强了算法的算力,能更快速且准确得到数据,提高了救援效率。

在原有的基础上,团队又经过近半年的技术攻关,将设备的气敏传感器覆盖气体增加了5个种类、将被压埋活体探测准确率提升了5个百分点、将检测响应时间缩短了20%……设备的关键指标数据再次得到提高。

问:您是如何想到将气体探测设备实现产业化的?

程鹏飞:2020年,我带着学生做了一个叫“城市嗅觉——城市空气质量监测系”的项目,拿到了“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛全国铜奖。河北省生态环境厅联系了我们,希望将这个科研成果落地,研发成监测空气质量的仪器。

当时只有我一名老师,带着几名学生,团队力量薄弱,无法完成仪器的整体研发。2021年7月,在学院的支持下,我组建了由8名教师、12名在校研究生组成的智能探测与感知团队,涵盖材料、传感器、信号识别、数据分析等专业,可以实现气体探测设备自主设计与研发的全流程覆盖。

2022年2月至今,我们团队义务为河北省石家庄、廊坊等8个地级市和山东省青岛市、榆林市等4个地级市的生态环境局提供了精细化有害工业气体排放检测和大气环境监测服务工作,服务时长累计超1万小时。后来,我们拓展应用领域,将监测大气延伸到难度更高的生命气体探测,也就有了如今研发的“人体痕量气体标记物探测技术装备”。

问:据了解,你们的科研成果不仅用于灾害救援,还用在医学领域。

王莹麟:是的。2017年,我们团队就研发出人体呼气检测代谢类疾病的技术。

之前,医院大都是用气袋收集患者呼出的气体,再用气相色谱仪去检测。检测过程中,设备不能移动、检查流程长,很不方便。我们研发的“呼气智能疾病检测仪”十分精巧,样式很像交警判定酒驾时用的手持式酒精测试仪,使用方式也与酒精测试仪非常类似。患者只需对着仪器吹口气,便可筛查出是否患有胃癌。在与中国人民解放军总医院消化内科副主任柴宁莉合作的过程中,我们临床试验2000多例,检出率在80%以上。

未来,我们想将它产业化,让它就像如今的家用血压仪一样普及,让大家在家就可以进行检测,做到早发现、早治疗。

问:下一步,团队还有什么科研打算?

李贺:目前,我们的科研技术主要聚焦固态环境,如地震、滑坡等。因为有一些气体可溶于水,会影响检测结果。所以,我们接下来会继续研究如何在液态环境下(如洪灾等情况)更好、更准确地探测生命,为守护人民群众生命安全贡献更多力量。

责任编辑:胡晋瑜