基于压电材料的宽量程压力传感器，可嵌入衣物实现长期健康监测
2023-02-01 22:06:28 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员开发了一种全织物压力传感器，对从细微的心跳到人体姿态的广泛压力范围内都具有高灵敏度，更容易收集长期数据，例如心跳、呼吸、关节运动、发声、步数和握力等。
据麦姆斯咨询报道，美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的研究人员合成了一种新材料，解决了制造可穿戴传感器过程中最困难的问题之一：压力问题。研究人员表示，尽管可穿戴“机电转换”传感器对改善健康监测和非现场护理应用至关重要，但检测范围窄、无法同时感知静态/动态压力以及耐久性差等问题限制了其实用性。
为了解决这一问题，研究人员开发了一种全织物压力传感器，对从细微的心跳到人体姿态的广泛压力范围内都具有高灵敏度。这项研究成果已经以“Humidity-Resistant, Broad-Range Pressure Sensors for Garment-Integrated Health, Motion, and Grip Strength Monitoring in Natural Environments”为题发表于Advanced Materials Technologies。
马萨诸塞大学阿默斯特分校化学和化学工程教授Trisha L. Andrew表示：“将这种可穿戴传感器嵌入舒适的衣物，可以在很长一段时间内持续监测用户的身体运动和生命体征。从而为临床医生提供精细的数据，以便远程检测疾病或生理问题。”
获取这些信息的一种方法是利用微型“机电转换”传感器，将身体运动转换为电信号（例如当用户把手放在胸前时可以感受到微弱脉冲）。但是，如果运动过大，例如传感器佩戴者拥抱或趴着打盹，增加的压力会使传感器不堪重负，从而中断数据流，因此，此前的传感器无法连续监测人体的自然活动。
为了解决这个问题，研究人员开发了一种基于材料突破的宽量程传感器，即使在日常拥抱，甚至倚靠、坐于其上或挤压时，该传感器都能保持工作。研究人员表示，其秘密在于采用了PEDOT-Cl（p-掺杂的聚3,4-亚乙基二氧噻吩）等压电材料，对服装面料进行蒸汽印花。
利用该方案，即使是心跳等最微弱的身体运动，也会导致离子在整个传感器中重新分布。亦即它们可以将人体各种机械运动转化为电信号，然后对其进行监控。
研究人员表示，他们开发的这种传感器是第一个能够实时监测敏感目标人群的织物传感器，例如，从工业环境中承受较大压力的工人到儿童和康复患者。
该方案的独特优势在于，这种全织物传感器可以嵌入穿着舒适、宽松的衣服，而不是传统贴附在皮肤上或嵌入紧身衣物，这使得传感器更容易收集长期数据，例如心跳、呼吸、关节运动、发声、步数和握力等。
论文链接：https://doi.org/10.1002/admt.202201313
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