智慧医疗、心理大健康从戴森设计大奖中看见未来

　　深海DeepBlue从全球举办了18届的戴森设计大奖中选取了心理健康、智慧医疗、环境治理、公共社会四大领域的代表型案例，希望从这项科技赛事中一窥当前科技应用的新趋势及新进展。

　　戴森设计大奖(James Dyson Award) 自2005年创立，已为全球超过390项发明提供商业化支持。据主办方统计，70%的往届国际获奖者都在继续优化自己的发明，发展自己的事业，走上未来发明家之路。

　　戴森设计大奖 (James Dyson Award) 由戴森创始人兼首席工程师詹姆斯戴森创立，这项国际性的设计与工程大奖，旨在嘉奖、鼓励和启发新一代的设计工程师，鼓励更多年轻人寻找属于自己的发明创造之路，本次全球决赛最终结果将于11月15日正式公布。该奖项2016年正式进入中国大陆已激励超过一万多名大学生寻找自己的创新未来。

　　参赛作品首先需要通过国家或地区范围的外部评委小组评选，诞生区域赛区冠军、亚军和季军。再由戴森工程师组成的评审团从中评选出国际20强，并递交詹姆斯·戴森爵士进行终审，遂选出国际大奖冠军、亚军和可持续发展奖得主。

　　入选作品通常是针对某一特定问题而产出的设计解决方案，这个问题可以是困扰普通人日常生活的小麻烦，也可以是全球性议题，设计解决方案必须切实有效，构思巧妙。

　　获得2020年中国大陆赛区季军作品是由江南大学李承翼团队设计的作品。孤独症儿童通过呼吸训练器进行正确的呼吸训练，矫治孤独症儿童的呼吸障碍，对于改善其言语和语言障碍、培养其沟通交往能力尤为重要。孤独症儿童对旋转性的重复动作的物体情有独钟，因此运用旋转的光效能引发儿童游戏乐趣。此训练器能引导孩子用正确的方式呼吸，为语言训练做准备。同时为呼吸训练带来愉悦感，使孩子能够主动坚持训练。

　　注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactive disorder，ADHD)是一种「神经发育」障碍，是儿童期最常见的行为障碍，对患者可产生持久甚至终生影响。据官方数据显示，中国儿童青少年ADHD患病率约为6.4%。由于疾病认知不足，中国ADHD患儿就诊率不足10%，确诊的患者中接受规范治疗的也不多。爱尔兰Joel Olympio团队设计的Oasis可佩戴设备将用于注意缺陷多动障碍(ADHD)患者视觉干扰。

　　由爱尔兰都柏林理工大学的Paul Hendrick设计的Méadú互动式数学乘法表则聚焦教育议题进行创新。当下，高年级小学教育中，实体化的数学学习资源缺乏，学生容易对数学产生焦虑心理，而经由Méadú的网格化设计，学生可以亲自动手操作滑块，在愉快轻松的过程中学习最多12×12的乘法算数。在乘法表的主要功能之外，Méadú还可以作为绘图白板和数学资料表进行使用，实现寓教于乐。

　　比利时安特卫普大学 Léa Syenave团队设计的HERE.O是一个由智能压力球、应用程序和基于网络的平台组成的产品系统，适用于饮食失调患者。它旨在促进情绪调节，并教会用户新的应对策略。

　　2023年入围全球20强的中国团队“水木呼吸”聚焦哮喘病人用药和病情记录问题上。呼吸道慢病因其疾病之特殊性，于临床上有两大痛点：1.吸入型药物使用错误率高，药物遵从性差 2.呼吸道慢病控制不佳之因素众多，不易预测其发作。水木呼吸团队在调研时发现，哮喘病患在用药时因使用方式不熟悉而导致药物成效弱;另一方面哮喘病患的现有数据，多集中在于治疗的方案、病患的康复状态、药物使用次数等，缺乏了关键的病患真实用药数据与吸入成效。因此，团队借用本身现有技术和专业知识，如集成电路、传感器和声音感测，将医疗与工程设计结合，设计一套呼吸道慢病管理方案，帮助哮喘病人正确用药，同时提高医生进行病案管理的效率。对于呼吸道慢病患者而言，该设备能将“正确用药”、“规范用药”、“生理监测”功能集成于一体，病患用药时即可实时纠正，并自动记录用药频率及用药状况。

　　“水木呼吸”能够适配市面上已经存在的各种吸入器，病患只需简单安装即可使用。在使用过程中，吸入制剂底部的麦克风感测芯片能采集病患用药声音，记录哮喘与慢阻肺发作时支气管哮鸣音变化。病患使用药物时，系统能够立即进行纠正，自动记录用药频率和用药情况。我们的设计基于大数据算法将声学与气流转换，通过蓝牙通信将所得数据传到云端，可供医师进行线上诊疗参考。

　　水木呼吸团队表示：“近两年，我们希望在全国各地社区卫生服务站提供免费教学，教会老人及小孩如何正确使用吸入制剂，并推广产品，让病患能够回家进行自主病情管理，按时及正确用药。目前水木呼吸和长庚医院儿科合作，病患家属进行病案管理，建立院内个案管理体系。后续我们希望推广该体系到更多医院，提供更直观、更智能的病患个案管理方式，提高“护患比”。

　　后期，我们希望通过收集数据，完成相关数据库建设，再建立智能的病情个案管理系统。长期用药个人哮喘管理功能，在大数据算法采集足够多样本信息后，即可将业务拓展至B端，可协助药企建立药物吸入模型，协助药械开发，并可提升药物临床实验用药纠正以及用药追踪，使药物能够精准投递适用人群，或将数据提供至互联网公司健康管理相关项目计划，形成合作。

　　未来，我们希望能够以病患的大数据建立声学特征，利用特征标签，通过智能算法对病患进行评估诊断，成为自动化病情管理的智能终端，降低医生与护理师的工作负担。而在算法的优化下，我们能够将产品硬件体积缩小，减轻病患的使用负担，甚至直接利用智能手机或手环上的传感器采集普通人的呼吸音频数据，对比病患大数据，以此作为呼吸道疾病早期筛查的功能。”

　　Revive 新声是专为喉癌“喉部分切除术”患者设计。尽管相比肺癌、胰腺癌、胃癌等，喉癌通过手术进行喉部分切除有大概率达到治愈效果，但喉癌患者手术后切除部分声带后，无法正常发声交流。病患在康复训练时的语言被称为“食道语”，通常病患会使用传统电子喉，不仅调音单一、音色模糊，长期使用对人体也会造成伤害。

　　Revive 将通过AI算法以及实时的量化反馈，在用户学习食道语过程中提供帮助，它告别了传统电子喉对佩戴者瘘口产生摩擦痛感，且用户需要终身佩戴的痛点，产品操作方便，形状符合人机关系，佩戴轻便舒适。患者使用时，多个传感器将实时采集人体动态、声音等数据，并传输到服务器，采用智能算法处理数据、判断发声效果并在APP端进行量化反馈，以此提供不同阶段的康复计划。创新的设计能更大程度上给予患者人性化关怀，有望为癌患者改善生活质量。

　　脑卒中是人类健康的“第一杀手”，其致死率超过50%。同时，缺血性脑卒中占脑卒中类型69.6%-70.8%，易与出血性脑卒中混淆。但是，若能在3小时内给予缺血性脑卒中患者溶栓治疗，超一半患者会康复。院前延误是导致急性缺血性脑卒中患者不能在时间窗内到达可开展溶栓治疗的医疗机构的重要原因之一。现有传统检测设备和移动CT车不便移动、检测步骤复杂、程序复杂、检测时间长，导致并发症概率达45%-50%，会延误最佳治疗时间，增大脑卒中患者的死亡风险。

　　2023中国大陆赛区季军作品是由北京理工大学潘文娟、宋博文、王宜璇、张瀚文、康明玉、李枚、孙博文、曹晋云、费滢洁、王一芮、刘子涵团队设计的便携性脑卒中检测设备Portable Stoke Detector。针对以上痛点设计出院前检测设备。该设备较传统设备更便携，同时搭载了多频点微波成像技术，高灵敏度检测识别技术和人工智能计算，能够在短时间内识别脑卒中类型和进行预警。设备基于多频非均匀背景微波成像技术，在运行时，它能发射 0.5-2 GHz 范围内的微波，将接收到的信号进行可视化处理，形成大脑内部介质特征分布图像，让医务人员能够快速识别脑卒中类型并提供治疗，有助于在三小时内完成溶栓治疗，提高脑卒中救治效率。并且，该设备制造成本较传统检测设备低，可使更多中低收入地区和群体受益，改善脑卒中患者的救治条件。设备技术经过生物测试和辐射测试，对人体安全无害，降低治疗过程中的风险。目前产品已经完成了样机制作，团队后续将继续进行相关临床实验。

　　“罕见病”并不罕见。目前已发现的遗传性罕见病约7000种，尽管同一罕见病的病例少，但由于罕见病种类繁多，所以罕见病的病人总数多，截止2022年官方数据统计，我国的罕见病人数达2000多万名，而这部分群体却易被忽视。罕见病诊断难，治疗难，漏诊误诊问题严重，高额的经济支出和不可逆转的建康损害，让罕见病患者面临复杂的境地。

　　2022中国区冠军作品是来自华东师范大学、上海交通大学院旺、马圣进、王靖、李辛团队，团队通过走访调研针对“就诊时间长、花费高”等痛点，结合计算机、工业设计和医疗领域技术设计出CareRare罕见病筛查方案。

　　CareRare 提供了一种快速、无痛、低成本、可在大范围人群中开展的罕见病筛查方案。该方案可根据患者的形态特征构建罕见病患者的形态模型，从多种罕见病中大幅缩小可能罹患的病种范围及可疑区域，再结合病症描述词条及人类基因表型库(HPO)，给出诊断意见，辅助诊断及治疗。团队花费3年多时间进行产品优化，前后收集一万多张患者原型照片以提高面容辅诊系统的工作效率，优化CareRare的诊疗效果。通过融合最新遗传学知识和人工智能技术，CareRare能够与患者进行无感交互，在不需要患者配合的情况下完成建模与诊疗。

　　目前，CareRare已与多家三甲医院展开合作，其在罕见病筛查领域的准确率和种类上均做到了国内领先。未来，团队还将在产业链上持续布局，将功能由筛查转向预防。并使其应用于大范围适龄孩童的罕见病筛查，甚至涵盖青年婚检孕检，以惠及更为广大的社会群体。

　　假肢装配行业现存在设计制造环节不先进、服务不完善、实用度不高的问题，肢体残疾人群体使用假肢时体验较差。西安交通大学李亚宁、潘子傲目前才入学一年多，他们设计出Harmonious Integration灵巧仿生手，成功入围2023年中国大陆赛区8强。这是一款运用混合脑机接口技术研发的灵巧仿生手，搭配系统化的假肢装配与康复训练服务。灵巧仿生手升级为「定制化设计」，对接受腔进行数字化设计制造，研发下肢假肢自适应可调节接受腔，为肢体残疾人群体建立一套性能良好、穿戴体验舒适、产品价格友好、服务系统完善的解决方案。

　　在灵巧仿生手研发中,团队通过特征融合算法将肌电信号与脑电信号融合,驱动机械手执行目标动作;与此同时，通过视觉任务反馈，机械手可以根据识别的目标物体的硬度等物理性质个性化调整所需要施加的力度大小，实现个性化抓取;在上下肢接受腔数字化设计制造过程中，团队与相关企业开展“产学研”合作活动，利用对用户的残肢三维扫描获得模型，经过生物力学评估、结构设计、个性化美学定制设计等环节，设计出上下肢接受腔与基于折纸结构的自适应可调节接受腔。最后，围绕“工业4.0”的云服务思想与产品生命周期管理的思路，在经过调研后，对假肢装配企业的服务系统展开设计，正式开始对商业落地进行探索。

　　据2020年世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)数据现实，乳腺癌是全球女性发病率最高的恶性肿瘤，我国女性乳腺癌发病数在全球居第一位。当前用于乳腺癌放射治疗的俯卧式乳房面板设备有使用限制，且体验感差。乳房面板适用于乳房照射却不适用于淋巴结照射，因为支撑患者的装置限制了光束路径，导致治疗无法全面覆盖。

　　入围国际20强的比利时根特大学的bert boute团队设计出Prone Crawl Breast Board，患者以俯卧姿态(类似于自由游的姿势)，能更稳定自然地接受治疗，同时进行乳房和淋巴结照射，提高精确度。与仰卧位治疗相比，俯卧位放射治疗可以减少皮肤毒性，降低肺癌诱发和心脏损伤的风险。在下一阶段，团队会开发一小批完全有效的原型，这些原型可用于涉及三家医院的大型临床试验，后续产品将重新设计原型和支撑结构，使其更轻、更坚固(减轻处理重量，提高处理精度)。同时与 MRI 兼容，集成无创通气模块来升级头部支撑模块，从而改善治疗效果。

　　青光眼是全球首位不可逆的致盲性眼病。据中华医学会眼科分会2020年数据预估，2040年病患数将超过1亿，我国是青光眼患者人数最多的国家之一。许多青光眼患者发病初期无自觉症状，只有当疾病发展到中或晚期时，才会察觉症状而就医，但此时视功能的损害已不可逆。

　　由于青光眼患者的常见症状伴有持续性眼痛和头痛，而家庭眼压(IOP)是临床医生评估青光眼的唯一指标，因此定期监测眼内压的波动是确定长期治疗目标的关键。在家自行眼压计并不准确，更准确的标准戈德曼压平眼压计仍是一个临床实践。因此研制安全、准确、低成本的家用眼压传感器刚好可弥补现有的空缺。

　　2021年戴森设计大奖国际冠军得主新加坡国立大学的团队David Lee、鱼珂露、李思作品HOPES设计出一种可穿戴式的生物医学设备，可用于无痛、低成本的家庭眼压测试。

　　戴森设计大奖于2020年起增设全球可持续发展奖，重点关注解决环境问题并契合戴森可持续工程理念的创意方案，以下筛选出以清洁能源及废料循环利用、回收及低成本可大范围推广使用的案例。

　　获得2023年中国大陆赛区8强的Print Clay Humidifier是一款由回收陶瓷废料制成的 3D 打印无电加湿器。富克旺根艺术大学刘佳明关注到当前陶瓷废料处理的问题，基于多孔陶瓷的毛细吸水效应，使用粘土材料和木制构件，实现了废物处理，循环再生的目的，为每年数百万吨的陶瓷废料提供可能的应用方向及再利用思路。

　　Print Clay Humidifier采用独特的打印结构，进一步提高了吸水效率。它的加湿功能基于多孔陶瓷的毛细吸水效应，它允许材料吸收水，将其带到表面并将水释放到空气中。产品可容纳 1 升水，在 24 小时内蒸发掉。独特的花瓣打印结构，使粘土的吸水性与加湿功能得到提升。当使用寿命结束时，可以将废弃的加湿器作为再生粉末添加到下一个加湿器中，形成循环再生的模式。此外，使用粘土材料和木制构件，强调环保、安全和耐用性，符合可持续发展的理念。

　　目前，香港市民每日弃置于堆填区的固体废物量达至11,428吨，已接近饱和，空调占总用电量的31%，每天有超过 470,000 个玻璃瓶最终进入垃圾填埋场。

　　来自香港中文大学的Hoi Fung Ronaldo CHAN、Can XIAO设计出E-COATING，回收玻璃制成环保型降温涂料，用于屋顶和外墙涂层，具有强劲降温效果，能大幅减少用于制冷的电力消耗，其高反射率能节省室内照明用电。

　　团队通过控制涂层中碎玻璃的尺寸以实现其阻挡和反射阳光的能力。当阳光照射到涂层上，光线会散射并从微小的玻璃碎片上反射数千次。这种持续的反弹和散射将大部分传入的热量直接送回原来的位置。涂层还设计用于连续发射一种红外热辐射的热量。这种热量在特定的波长下释放，大概8-13微米之间，因易穿过地球大气层并消散到太空中，而不是被温室气体困住，所以可以减少对耗能空调系统的需求，从而降低了整体能源使用量，使建筑成为一个更舒适、更可持续的场所。

　　团队最开始从垃圾箱中收集玻璃瓶，确定研磨时间与玻璃粉粒度分布的相关性;此后筛选确定使用无VOC粘合剂和添加剂，制作E-COATING的原型，经过涂层开裂、剥落和粉化等优化测试，改进配方，优化产品。与传统的外墙涂料对比估算，E-COATING涂覆在中国工业园区(~405M m^2)10%的屋顶面积上，节省的电力(~77.6B kWh)每年将能够为~15.7M中国家庭供电，将每年减少55.1M吨的二氧化碳排放量，相当于每年4.59B棵树的碳排放量。后续团队除了产品优化，还将创办公司并与相关组织建立联系，并期优化供应链，期待更多志同道合的人加入，创造合作者网络。

　　由清华大学严泽腾设计的 SHIELD 近岸垃圾收集设备是2022年戴森设计大奖中国赛区的亚军作品，已获得实用新型专利。SHIELD 利用无限且连续的海浪资源作为动力，对流动性强、容易搁浅的近岸垃圾进行收集和防御。且设备前后均有绳索拖拉固定，在提高收集效率、减少垃圾滞留的同时，缩短危害周期和危害范围，减少与海洋生物和物理作用下产生的二次微塑料接触的机会。

　　英国兰卡斯特大学的Nicolas Gonzalo Orellana Olguin、Yaseen Noorani团队设计出O-Wind风力发电装备，可以利用水平和垂直风，无需转向，在城市公寓的混向风环境内同样适用。其灵感来源于美国宇航局运用风力驱动球探索火星及风筝，针对于风的多向性特点，涡轮机呈球形，较大型风叶扇，迷你的尺寸也适用于单个公寓居民的小规模能源生产，甚至可固定于阳台。团队将进行进一步的原型设计和测试，以优化其性能。

　　2018年的获奖作品——ORCA 小型水面环保船，针对城市化进程导致的城市湖泊水污染、塑料垃圾堆积和饮用水源污染问题而设计。ORCA小型会面环保船能够有效地清洁水面垃圾，智能跟踪污染物，实时监控环境并将图像回传至控制器，在比人工清洁快7倍的同时，减少70%的成本。

　　获得2022年可持续发展奖的是来自加拿大麦克马斯特大学学生设计Polyformer，一种低成本生产 3D 打印材料的塑料回收机器。2021 年可持续发展奖是来自荷兰代尔夫特理工大学的Jerry de Vos 设计Plastic Scanner，一款低成本的手持塑料扫描器，能够确定可回收塑料的种类。

　　土耳其赛区伊斯坦布尔Bilgi大学团队的发明作品ForestGuard 2.0，能够“传感至卫星”野火检测系统，可在超早期感应到野火。其发明灵感来自于目睹2021年土耳其山火，该系统利用传感器到卫星技术，一旦产生潜在的野火初现迹象，就会即时警告相关部门，期望在未来大幅度降低野火风险。

　　在火灾中，80%的死亡个案是由烟雾窒息所致，而其中一种防火演习方法是用湿毛巾遮盖口鼻，在阻挡有毒气体时，湿毛巾比干毛巾有效2.5倍。Water Mask Dispenser是用于火灾中的求生设备，能瞬间为幸存者增加生存机会。幸存者只需拉出门把，打开贮水箱盖，水源就会直接洒落到内存的20片面罩上，逃生者能迅速带上湿面罩，以防吸入浓烟导致的窒息。

　　在改善社会公共环境领域也有诸多亮眼案例，如Air Chair团队针对轮椅使用者乘坐飞机时不便的痛点提出了一个简单的解决方案，用户从候机室到起飞的整个过程中，使用同一把椅子而无需多次移动。Ikuya Tanaka Sergio and Narushima Masaaki 团队采用基于人工智能的图像识别技术，设计出帮助视力受损者安全穿越人行横道的设备。

　　从历届胜出及入选的作品中，一方面我们可以清晰地看见在人工智能大数据等新科技、新材料的加持下，智慧医学为更多人开启健康之门，传统医用、民用设备搭载数据库及模型，能实时收集以往无法记录的数据，让治疗周期、康复阶段更精确明晰。另一方面，新科技的滥用也向发明创新者提出新的试炼和挑战。

　　戴森硬件工程师团队负责人胡宏飞先生在2023年戴森设计大奖中国大陆决赛采访中举了一个生动的例子：“目前人工智能、大数据都是一个很热的趋势，我看到很多其他赛区的参赛作品都将这些前沿的科技加入到设计当中，但这不一定是必要的，我们想要看的是一个画龙点睛的效果，而不是一种画蛇添足的效果。其实有一些问题可以很简单地解决，我们不用硬要加入人工智能、大数据相关的科技，比如说2023年中国大陆赛区8强作品Print Clay Humidifier对陶瓷废料的再利用，它的整个设计原理和创意很简单，没有用到任何的高科技，但是它就是用最简单的办法解决了一个实际的问题。所以用詹姆斯·戴森的话讲就是“只有性能好的产品才能彰显其美观设计”，这个是我们比较看重的地方。”

　　发明者不仅需要深入制造、设计过程，还需要详实考虑在真实环境中遇到的挑战，尽管在设计测试过程中会遇到阻碍，却能在失败中诞生新的灵感与经验，获得更清晰的解决方案。

　　与此同时，我们也能看见循环再生、清洁资源利用、废物回收等环境治理类案例愈加受到重视，甚至已成为戴森设计大奖在评选过程中的明确选拔标准原则之一(原型机的设计、清晰的解决问题方案、可持续性和商业可行性)。