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  隨著可穿戴設備的爆發(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�？纱┐魅嵝粤W傳感器可以集成到衣物或直接接觸人體，對肢體運動、心跳等多種人體活動進行實時監(jiān)測，因而在運動動作捕捉、醫(yī)療保健、軍事、人機交互系統(tǒng)等與人體活動相關(guān)的領域具有巨大的應用前景。目前研究較多的柔性力學傳感器主要為電阻型和電容型。它們通過測量電阻或者電容值在外部應力應變作用下的變化來實現(xiàn)力學傳感�；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)，對于人體運動的檢測表現(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，對于典型的電阻式和電容式傳感器而言，在沒有類似于非對稱結(jié)構(gòu)等的特殊設計下，它們是不易檢測出不同方向的力學變形的，不利于復雜多維運動的監(jiān)測。傳感器對外部電源的需求也會在一定程度上影響可穿戴系統(tǒng)的簡單性和集成性。此外，對于目前的可穿戴傳感研究而言，能實現(xiàn)對于包括大范圍肢體運動和微弱生理信號在內(nèi)的多尺度人體活動的監(jiān)測仍然是重要挑戰(zhàn)之一。 

  近期，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員團隊發(fā)展了基于離子壓電效應的可穿戴離子型無源力學傳感器，并且實現(xiàn)了對于人體多尺度多維活動的實時監(jiān)測。離子型傳感器是由離子聚合物和導電電極構(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)。在受到力學形變作用下，其內(nèi)部可移動離子會發(fā)生定向移動，由于離子液體中陰陽離子的移動速度不同，導致兩側(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，這種通過離子運動將機械能轉(zhuǎn)化為電能的特性被稱之為離子壓電效應。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，并且可以對力學變形的方向進行識別。以貴金屬作為電極時，傳感器在1.8%的彎曲應變下能產(chǎn)生1.3mV的電壓輸出，而當采用大比表面積的石墨烯復合材料作為電極后，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)進行封裝后，能有效實現(xiàn)傳感器在空氣中的長時間穩(wěn)定性，為傳感器的進一步實際應用打下基礎。 


  該離子型無源傳感器可直接貼敷在人體皮膚或衣物上對多種多樣的人體活動進行實時監(jiān)測。我們的研究結(jié)果表明對于大范圍的不同方向的手腕運動、人體的健康/不良坐姿變化、劇烈運動前/后的微弱脈搏波信號的變化、以及手指觸摸運動等不同類型不同范圍的人體活動，離子型傳感器都能實現(xiàn)良好的監(jiān)測和分辨。這表明了離子型無源力學傳感技術(shù)在可穿戴實時監(jiān)測和友好人機交互等領域的巨大應用前景，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