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  中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院周建華教授/喬彥聰助理教授團(tuán)隊(duì)，清華大學(xué)集成電路學(xué)院任天令教授團(tuán)隊(duì)在信息技術(shù)與材料交叉領(lǐng)域重要期刊《InfoMat》上發(fā)表了題為《Micromesh Reinforced Strain Sensor with High Stretchability and Stability for Full-range and Periodic Human Motions Monitoring》的研究論文。本文通過(guò)使用SEBS微米織物強(qiáng)化激光直寫石墨烯（Laser-scribed graphene, LSG)片層與柔性基底之間的界面結(jié)合以及柔性基底的拉伸性能，設(shè)計(jì)了一種具有高拉伸性和穩(wěn)定性的微米織物增強(qiáng)應(yīng)變傳感器（micromesh reinforced strain sensor, MRSS）。一方面?zhèn)鞲衅鞯母呃煨詽M足了全范圍人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求，另一方面?zhèn)鞲衅鞯母叻�(wěn)定性確保了連續(xù)采集周期性信號(hào)的一致性，結(jié)合不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)了多種呼吸狀態(tài)和手勢(shì)的高準(zhǔn)確率智能識(shí)別，該工作在智能健康管理和人機(jī)交互等應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力。

圖1. MRSS結(jié)構(gòu)示意圖。

  近年來(lái)，可穿戴柔性電子器件迅速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、健康管理、人機(jī)交互等諸多領(lǐng)域之中。作為其中重要成員之一，可穿戴柔性應(yīng)變傳感器，尤其是可穿戴柔性電阻式應(yīng)變傳感器因其數(shù)據(jù)讀出和記錄方便、拉伸性高、動(dòng)態(tài)性能好以及制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)備受研究者青睞。目前，人們側(cè)重于開(kāi)發(fā)具有高拉伸性和高靈敏度的傳感器以便更好地滿足應(yīng)用需求。然而，大多數(shù)已報(bào)道的傳感器拉伸性仍然不足，且高靈敏度往往會(huì)限制傳感器的拉伸性，這極大地阻礙了傳感器進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。更重要的是，傳感器在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景中需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)某一信號(hào)，而這類信號(hào)大部分是周期性信號(hào)，這對(duì)于傳感器的穩(wěn)定性提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計(jì)具有高拉伸性和高穩(wěn)定性的傳感器對(duì)于實(shí)現(xiàn)全范圍和周期性人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)具有重要意義。基于實(shí)際需求，周建華/喬彥聰團(tuán)隊(duì)與任天令團(tuán)隊(duì)首次提出了一種微米織物增強(qiáng)結(jié)構(gòu)并基于此設(shè)計(jì)了一種高性能的應(yīng)變傳感器MRSS。

圖2. 制備過(guò)程各階段樣品SEM照片

圖3. MRSSs的電機(jī)械性能。

圖5.MRSS-2高穩(wěn)定性的機(jī)理探究

圖6. MRSSs拉伸時(shí)裂紋形貌與受力情況以及MRSS-2六層有限元并聯(lián)仿真結(jié)果。

圖7. MRSS-2用于全范圍人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及協(xié)同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)多種呼吸狀態(tài)和手勢(shì)的智能識(shí)別

  論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12511