电子皮肤-对运动无干扰的超亲肤应变传感器

2021-08-02
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研究背景

超舒适应变传感器可以直接贴在人体皮肤上,用于可持续的人体活动监测。其在人机相互体系,运动监测,个人人体健康监测和治疗学上都有着广泛的应用。然而,在保证持续有效监测的前提下,如何避免皮肤传感器对皮肤本身运动的限制则成了巨大的研究课题。

创新点


东京大学Takao Someya教授的研究团队在静电纺丝的聚氨酯纳米纤维基础上,制备出了一种超轻薄,超耐久的,对人体皮肤本身运动无干扰的纳米网状皮肤应变传感器。该方法的创新之处是利用了聚二甲基硅氧烷(PDMS) 对轻薄的聚氨酯纳米纤维薄膜的加强作用,从而提高了整个网膜的强度及拉升性能。之后用双面镀金的方法得到了具有优良传感性能(持续性,耐久性,和线性等待)的应变传感器。该研究通过改变所用PDMS的浓度,可以制备出传感性能可控的应变传感器,用于表征不同目的的监测。由于其及轻,薄,柔软的特性,使得其对人体皮肤具有超强的亲和能力,从而不限制人体皮肤本身的运动。

文章解析

图1:制备过程和生成及其良好的机械性能。制备方法简单有效。经过PDMS加强作用之后,电性和机械性能都有很大提升。水蒸发实验(I)说明其空隙结构保证穿戴人体上时的汗液排除,从而避免了长时间穿戴的不适感和炎症。

图2:传感器的皮肤贴合性及其网状结构。


图3:传感器在仿人体皮肤上的微观图,可见清晰的汗腺孔,说明其良好亲肤性。

图4:可持续性,耐久性表征。在40%的拉伸长度下,可维持长达12小时的不间断拉伸,且电阻漂移小于0.053。在60%的拉伸长度下,可以持续拉伸5000次,电性退化小到0.03。

图5:在不同发音状况下,利用应变传感器监测出人脸的应变分布图。由于传感器不干扰皮肤的自然运动,黑色标记的左脸和贴传感器的右脸展现出相似的应变分布图。


读后感

    该研究应用了一种简单的可拉伸的聚合物加固纳米纤维的方法,获得了具有优良传感性质的超薄,超轻,超柔软的可穿戴应变传感器。该传感器可运用于人体不同程度的拉伸进行可持续的长期的监测。但是在实际的运用过程当中,需要进一步结合无线传输,机器学习,和移动终端显示,给随时随地的语言识别提供可能性。

【参考文献】

https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eabb7043

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