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  隨著可穿戴設(shè)備的爆發(fā)式發(fā)展，與其密切聯(lián)系的可穿戴傳感技術(shù)也得到了廣泛的研究。可穿戴柔性力學(xué)傳感器可以集成到衣物或直接接觸人體，對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)、心跳等多種人體活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因而在運(yùn)動(dòng)動(dòng)作捕捉、醫(yī)療保健、軍事、人機(jī)交互系統(tǒng)等與人體活動(dòng)相關(guān)的領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。目前研究較多的柔性力學(xué)傳感器主要為電阻型和電容型。它們通過測(cè)量電阻或者電容值在外部應(yīng)力應(yīng)變作用下的變化來實(shí)現(xiàn)力學(xué)傳感�；谛虏牧虾托陆Y(jié)構(gòu)的各種電阻型電容型傳感器紛紛出現(xiàn)，對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)表現(xiàn)出了高靈敏性、良好穩(wěn)定性、以及優(yōu)異的可穿戴性。然而，對(duì)于典型的電阻式和電容式傳感器而言，在沒有類似于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)等的特殊設(shè)計(jì)下，它們是不易檢測(cè)出不同方向的力學(xué)變形的，不利于復(fù)雜多維運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)。傳感器對(duì)外部電源的需求也會(huì)在一定程度上影響可穿戴系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性和集成性。此外，對(duì)于目前的可穿戴傳感研究而言，能實(shí)現(xiàn)對(duì)于包括大范圍肢體運(yùn)動(dòng)和微弱生理信號(hào)在內(nèi)的多尺度人體活動(dòng)的監(jiān)測(cè)仍然是重要挑戰(zhàn)之一。 

  近期，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于離子壓電效應(yīng)的可穿戴離子型無源力學(xué)傳感器，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)于人體多尺度多維活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。離子型傳感器是由離子聚合物和導(dǎo)電電極構(gòu)筑而成的三明治結(jié)構(gòu)，其中以貴金屬材料或者石墨烯材料作為電極材料，以離子液體作為電解質(zhì)。在受到力學(xué)形變作用下，其內(nèi)部可移動(dòng)離子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，由于離子液體中陰陽離子的移動(dòng)速度不同，導(dǎo)致兩側(cè)電極上離子的非平衡分布，從而產(chǎn)生電壓輸出。與傳統(tǒng)的壓電特性相類比，這種通過離子運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的特性被稱之為離子壓電效應(yīng)。與電阻式以及電容式傳感器相比，該離子型傳感器無需外部電源，并且可以對(duì)力學(xué)變形的方向進(jìn)行識(shí)別。以貴金屬作為電極時(shí)，傳感器在1.8%的彎曲應(yīng)變下能產(chǎn)生1.3mV的電壓輸出，而當(dāng)采用大比表面積的石墨烯復(fù)合材料作為電極后，傳感器的輸出電壓得到了大幅度的提高。通過Parylene真空氣相沉積技術(shù)進(jìn)行封裝后，能有效實(shí)現(xiàn)傳感器在空氣中的長時(shí)間穩(wěn)定性，為傳感器的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 


  該離子型無源傳感器可直接貼敷在人體皮膚或衣物上對(duì)多種多樣的人體活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。我們的研究結(jié)果表明對(duì)于大范圍的不同方向的手腕運(yùn)動(dòng)、人體的健康/不良坐姿變化、劇烈運(yùn)動(dòng)前/后的微弱脈搏波信號(hào)的變化、以及手指觸摸運(yùn)動(dòng)等不同類型不同范圍的人體活動(dòng)，離子型傳感器都能實(shí)現(xiàn)良好的監(jiān)測(cè)和分辨。這表明了離子型無源力學(xué)傳感技術(shù)在可穿戴實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和友好人機(jī)交互等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，從而為可穿戴傳感技術(shù)的發(fā)展探索了一條具有鮮明特色的路徑。

  原文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201600553/abstract