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- 受貓胡須啟發(fā)，新型高靈敏可穿戴壓力傳感器誕生
- 來源：Shinshu University 發(fā)表于 2025/9/19
圖片來源：日本信州大學(xué)的朱春紅博士
日本信州大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)受貓胡須的啟發(fā)，成功開發(fā)出一種高靈敏度的下一代可穿戴壓力傳感器。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》雜志。
隨著可穿戴電子傳感器在健康監(jiān)測、運(yùn)動分析和人機(jī)交互等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對能夠檢測細(xì)微機(jī)械刺激的柔性壓力傳感器需求日益增長。然而，當(dāng)前的傳感器存在靈敏度不足、耐久性差和穩(wěn)定性欠佳等問題。
信州大學(xué)副教授 Chunhong Zhu 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，以貓胡須為靈感，利用長而高強(qiáng)度、高韌性且環(huán)保的大麻微纖維（HFs）作為纖維基質(zhì)，通過原位聚合與聚苯胺結(jié)合，形成均勻?qū)щ娡繉樱鰪?qiáng)了傳感器的耐久性和界面粘附性。隨后，將聚苯胺涂層的 HFs（PHFs）與海藻酸鈉通過冷凍協(xié)同組裝策略結(jié)合，構(gòu)建出高度多孔且超輕的氣凝膠結(jié)構(gòu)（BFAs）。
在這種設(shè)計(jì)中，PHFs 模擬貓胡須捕捉和傳遞微弱機(jī)械干擾的功能，而多孔腔結(jié)構(gòu)則模仿毛囊 - 竇復(fù)合體（FSCs）的竇腔，起到局部緩沖和信號放大的作用。當(dāng)外部機(jī)械信號通過纖維傳遞時(shí)，多孔腔變形使 PHFs 彎曲，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為可檢測的電阻變化和輸出信號。
實(shí)驗(yàn)顯示，基于 BFA 的傳感器在不同負(fù)載率下展現(xiàn)出出色的抗疲勞性和動態(tài)響應(yīng)，靈敏度高達(dá) 6.01 kPa⁻1，響應(yīng)時(shí)間僅為 255 毫秒。該傳感器在人體生理監(jiān)測方面表現(xiàn)優(yōu)異，能夠有效捕捉頸動脈脈搏信號并識別人體運(yùn)動模式，還可實(shí)現(xiàn)手寫識別和基于摩爾斯電碼的信息傳輸。值得一提的是，質(zhì)量約 0.048g 的 BFAs 在承受 500g 重量超過 10 秒后，幾乎能完全恢復(fù)原狀，展現(xiàn)出超高的抗壓能力和卓越的形狀恢復(fù)性。
此外，研究團(tuán)隊(duì)成功將該傳感器應(yīng)用于體育監(jiān)測，精確捕捉了不同羽毛球發(fā)球技術(shù)中的信號變化。這種傳感器可集成到可穿戴配件或球拍握把中，通過測量壓力變化為運(yùn)動員表現(xiàn)優(yōu)化和運(yùn)動評估提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。Chunhong Zhu 副教授表示，該研究為開發(fā)可穿戴壓力傳感器提供了綠色、可擴(kuò)展的解決方案，避免了高能耗的碳化過程和復(fù)雜加工。
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