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柔性曲率傳感器研究取得重要進展

作者:蘇業旺 2018-11-24 16:44 來源:
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  柔性可穿戴設備在運動、健康、醫療等方面有著重要的發展前景,是當前國際研究熱點。在人體運動監測方面,人體表面主要變形模式爲拉/壓變形和彎曲變形,而且都是大變形。對于適用于柔性可穿戴設備的監測拉/壓變形的柔性傳感器,已經有很多相關研究;但對于彎曲變形(曲率或彎曲角度)監測,之前主要有兩類方法:1)采用應變傳感器替代,如圖1a所示,這種方式要求傳感器與人體完美粘合,一旦産生滑動,測量結果毫無意義,而這種粘合方式對于用戶來說是難以接受的,所以不適用于實際的可穿戴設備;2)采用光學辦法,設備複雜,不具有便攜性,也不適用于可穿戴設備。

 

  圖1. a)應變傳感器與(b)曲率傳感器用于關節彎曲變形監測的優劣勢

    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。可見,該傳感器非常適合與穿戴服飾集成,可應用于關節彎曲監測、手勢識別、坐姿監測等柔性智能穿戴設備,如圖2所示。

 

  圖2. 曲率傳感器用于手勢識別和坐姿監測

  该工作相关論文近日在Advanced Materials Technologies上發表(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國科學院百人计划项目、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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