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柔性曲率传感器研究取得重要进展

作者:苏业旺 2018-11-24 16:44 来源:
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  柔性可穿戴设备在运动、健康、医疗等方面有着重要的发展前景,是当前国际研究热点。在人体运动监测方面,人体表面主要变形模式为拉/压变形和弯曲变形,而且都是大变形。对于适用于柔性可穿戴设备的监测拉/压变形的柔性传感器,已经有很多相关研究;但对于弯曲变形(曲率或弯曲角度)监测,之前主要有两类方法:1)采用应变传感器替代,如图1a所示,这种方式要求传感器与人体完美粘合,一旦产生滑动,测量结果毫无意义,而这种粘合方式对于用户来说是难以接受的,所以不适用于实际的可穿戴设备;2)采用光学办法,设备复杂,不具有便携性,也不适用于可穿戴设备。

 

  图1. a)应变传感器与(b)曲率传感器用于关节弯曲变形监测的优劣势

    近日,中科院力学所科研团队与大连理工大学及北京航空航天大学合作,从力学结构设计出发,研制了适用于可穿戴设备的薄膜贴片式柔性曲率传感器。该传感器可以精确测量被测曲面的动态弯曲曲率和弯曲角度,而且其弯曲测量结果不受拉伸变形的影响,所以在实际应用过程中,不要求传感器与被测曲面完美粘合,只需要贴合(允许小范围滑动,如戴手套或穿紧身衣的方式)即可,如图1b所示。可见,该传感器非常适合与穿戴服饰集成,可应用于关节弯曲监测、手势识别、坐姿监测等柔性智能穿戴设备,如图2所示。

 

  图2. 曲率传感器用于手势识别和坐姿监测

  该工作相关论文近日在Advanced Materials Technologies上发表(Adhesion-Free Thin-Film-Like Curvature Sensors Integrated on Flexible and Wearable Electronics for Monitoring Bending of Joints and Various Body Gestures. Advanced Materials Technologies, 2018),力学所为第一单位,苏业旺、李锐、陈玉丽为共同通讯作者。该研究工作受到了中国科学院百人计划项目、国家自然科学基金面上项目的资助和中科院先导项目(XDB22040501)的支持。

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