研究人员开发出集成智能手机屏幕的光学呼气分析仪

酗酒是一个全球性的问题。仅在，每年就有数以千计的司机死于酒驾。如果公众可以随时随地使用呼气检测仪，这些悲惨事件就可以大大减少。不幸的是，公众对携带这样的物体根本不感兴趣。

加拿大拉瓦尔大学光学、光子学和激光中心 (COPL) 的研究人员分析了这个普遍存在的问题，并找到了一个潜在的解决方案：在智能手机中嵌入呼气分析仪。当然，这个想法并不新鲜。一些科学界已经尝试过这一壮举。问题在于，目前检测血液酒精浓度的技术不足以集成到手机中。事实上，由于需要更换化学传感器，它们体积庞大、价格昂贵、大规模生产复杂且不耐用。

研究人员没有尝试将现有的呼气测醉器技术集成到手机中，而是想知道手机中的现有组件是否可用于测量血液酒精含量。这个问题让他们想到了一个有趣的发明：一种集成到手机屏幕上的光学呼气分析仪。其工作原理是基于屏幕上呼吸雾的蒸发。当窗户起雾时，表面会形成数以千计的微滴。当呼吸中含有酒精时，这些微滴蒸发得更快，因为酒精蒸发得比清醒者呼吸中所含的水更快。

研究人员必须巧妙地找到一种方法来测量这种蒸发率。用于保护手机、平板电脑和智能手表的多媒体玻璃屏幕，例如 Gorilla 玻璃，具有防刮擦层。该层比玻璃的其余部分更致密，并形成平面波导。正如在纤芯比周围区域更密集的光纤中发现的那样，光可以从部件的一端引导到另一端。新技术中使用的光源只是手机显示屏的光源。这种光通常穿过玻璃屏幕而不会偏转到达我们的眼睛。然而，当屏幕起雾时，一些光会耦合到屏幕表面上的平面波导，并被引导到屏幕一侧，在该侧放置光电二极管以测量光强度。

由于在每个微滴边缘发生的强全内反射，会发生与平面波导的耦合。因此，在光电二极管上测得的光强度与微滴的数量成正比，并随着蒸发而降低。当雾中含有酒精时，屏幕上的微滴以更快的速度蒸发，光电二极管测得的强度也下降得更快。研究人员证明了光强度特征与用户血液酒精含量之间的相关性。

研究人员构建了一个由手机电池供电的原型，并带有一个应用程序来指导用户如何进行血液酒精测试。只需要在手机中添加一个组件：光电二极管。显然，光电二极管价格实惠，而且现代手机已经集成了多种(例如，接近传感器、环境光传感器)。该原型已在多方进行测试，以了解可能影响测量的参数和条件。

“我们对这项可以对社会产生真正影响的新技术感到非常兴奋，”发表在Sensors上的文章的第一作者 Jerome Lapointe 博士说。“虽然该技术在受控环境中运行良好，但现实环境中的环境条件会极大地影响测量结果。例如，如果温度较高或湿度较低，屏幕上的雾气会以更快的速度蒸发。因此，它将有必要在所有可能的条件下进行测试，以便校准呼气测醉器。幸运的是，今天的手机有几个传感器，包括温度和湿度传感器，可以用来记录每次测试的所有条件。积累了一个大数据库后，我们希望使用人工智能通过训练神经网络获得准确度，这将说服主要的手机制造商将呼气测醉器集成到屏幕中。”

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