可穿戴功能傳感器的案例
：高性能橡膠基柔性可穿戴多功能傳感器
近年來(lái)，柔性可穿戴功能傳感器的迅速發(fā)展改變了傳統(tǒng)的醫(yī)療診斷模式，賦予其可穿戴、舒適、遠(yuǎn)程操作、及時(shí)反饋等綜合特性，推動(dòng)了可穿戴人體活動(dòng)監(jiān)測(cè)和個(gè)人健康管理的出現(xiàn)。在眾多可穿戴傳感器的應(yīng)用中，應(yīng)變傳感和溫度傳感是重要的研究方向。應(yīng)變響應(yīng)的高靈敏度是準(zhǔn)確檢測(cè)人體引起的細(xì)微運(yùn)動(dòng)（例如脈搏和心跳）到關(guān)節(jié)、肌肉大尺度動(dòng)作的關(guān)鍵。同時(shí)，實(shí)時(shí)且連續(xù)的皮膚溫度監(jiān)測(cè)對(duì)于預(yù)測(cè)人體和熱環(huán)境的認(rèn)知狀態(tài)以及疾病的早期診斷至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，為了滿足全人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)溫度變化監(jiān)測(cè)的基本要求，傳感器不僅要具備寬廣的響應(yīng)范圍和全工作范圍內(nèi)的高靈敏度，還必須具備較高的電阻溫度系數(shù)和溫度分辨力。然而，目前大多數(shù)可穿戴傳感材料的實(shí)際應(yīng)用普遍受限于柔性拉伸、靈敏度與力學(xué)強(qiáng)度不理想，導(dǎo)電率較低、熱敏性差以及感官功能單一等問(wèn)題。
近期，廣西大學(xué)徐傳輝教授課題組設(shè)計(jì)了一種以橡膠為基材，具有高靈敏度、低檢測(cè)限、高溫度系數(shù)和高力學(xué)強(qiáng)度的多功能柔性傳感器材料。該橡膠復(fù)合材料由羧基丁苯橡膠（XSBR）與天然高分子絲膠（SS）非共價(jià)鍵修飾的碳納米管（CNTs）通過(guò)加工手段調(diào)控膠乳復(fù)合成膜制備（如圖1）。
圖1 XSBR/SSCNT傳感器的制備與形貌表征
其中SS來(lái)源蠶絲屬可再生資源，能夠提高碳納米管在橡膠基體中的分散性，而不會(huì)對(duì)CNTs造成任何化學(xué)破壞。由此制備的XSBR/SSCNT傳感器能夠檢測(cè)細(xì)微和大的變形，具有217%伸長(zhǎng)率、12.58 MPa拉伸強(qiáng)度、25.98 高靈敏度（即應(yīng)變系數(shù)）、1% 應(yīng)變低檢測(cè)限，0.071 S/m高電導(dǎo)率和 0.504 wt%滲透閾值（如圖2）。
展開(kāi) 菲力爾推全球首款可穿戴傳感器 可保障車(chē)內(nèi)安全
據(jù)外媒報(bào)道，在西班牙巴塞羅那舉行的智能城市博覽會(huì)世界大會(huì)上，美國(guó)菲力爾公司（FLIR Systems Inc.）宣布推出業(yè)界首款可穿戴傳感器平臺(tái) - TruWITNESS，專為城市安全運(yùn)營(yíng)和公共安全運(yùn)營(yíng)而設(shè)計(jì)。該公司是世界領(lǐng)先的傳感器系統(tǒng)和熱成像設(shè)備制造商之一。
菲力爾的TruWITNESS傳感器平臺(tái)將視頻、音頻、定位數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）功能以及云管理軟件整合至一個(gè)解決方案中，使各種組織機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到新的態(tài)勢(shì)感知水平。盡管該平臺(tái)專為需要實(shí)時(shí)移動(dòng)監(jiān)控的公共安全組織（如警察部隊(duì)）而設(shè)計(jì)，但是其為交通部門(mén)、運(yùn)輸和過(guò)境機(jī)構(gòu)、應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)和停車(chē)管理組織提供了許多潛在應(yīng)用。
TruWITNESS可佩戴在個(gè)人身上或安裝于車(chē)內(nèi)，包括可視視頻、音頻、全球?qū)Ш较到y(tǒng)（GNSS）、陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)傳感器。上述傳感器結(jié)合使用，可實(shí)時(shí)向中央指揮中心發(fā)送警報(bào)和流式數(shù)據(jù)。該平臺(tái)具備菲力爾的感知附近（Neighbor Aware）設(shè)備間連接功能，可作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，觸發(fā)附近的TruWITNESS設(shè)備、固定或機(jī)動(dòng)的平移-傾斜-變焦（PTZ）安全或交通攝像頭，以及其他網(wǎng)聯(lián)傳感器，以響應(yīng)警報(bào)事件。
菲力爾商業(yè)業(yè)務(wù)部總裁Travis Merrill表示：“現(xiàn)今的可穿戴監(jiān)控技術(shù)主要用于執(zhí)法機(jī)構(gòu)，但是我們?cè)敿?xì)TruWITNESS可用于更廣泛的領(lǐng)域。配備了TruWITNESS平臺(tái)和網(wǎng)聯(lián)設(shè)備，安全人員不僅可以將視頻傳輸?shù)街笓]中心，還可傳輸至當(dāng)?shù)氐膱?zhí)法部門(mén)和緊急醫(yī)療人員。TruWITNESS可讓任何公共安全組織都能使用視頻來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況，而且會(huì)隨著威脅發(fā)生而不斷進(jìn)化。”
來(lái)源：蓋世汽車(chē)網(wǎng)
展開(kāi) 中山大學(xué)吳進(jìn)：高穩(wěn)定/超靈敏/可拉伸/快響應(yīng)/可穿戴水凝膠薄膜溫度傳感器
（a）描繪了TFSS傳感器的三明治結(jié)構(gòu)的示意圖，其中水凝膠膜被兩層PDMS膜包裹。（b）示意圖說(shuō)明通過(guò)鹽滲濾將LiBr引入水凝膠以提高穩(wěn)定性。（c）TFSS傳感器的光學(xué)圖像以30％的應(yīng)變拉伸并放置在智能手機(jī)上。屏幕上清晰可見(jiàn)熊的數(shù)字圖片。（d，e）顯示TFSS的橫截面輪廓的光學(xué)圖像。中間水凝膠層的厚度為12.15μm。（f）TFSS傳感器和塊狀水凝膠的透光率。
圖
2.示意圖，顯示了通過(guò)逐層旋涂技術(shù)制造TFSS傳感器的過(guò)程。
圖
3.拉伸性，抗干燥性和抗凍性。
（a）TFSS傳感器在0％和50％拉伸應(yīng)變下的照片。（b）在25℃和22％RH下，相對(duì)于時(shí)間的散裝水凝膠，50重量％的LiBr滲透過(guò)的散裝水凝膠和TFSS水凝膠的重量損失。（c）三種樣品的重量損失與25°C下相對(duì)時(shí)間的關(guān)系，相對(duì)濕度從22％變?yōu)?％。（d）原始水凝膠和在50 wt％LiBr溶液中滲透2 h的水凝膠的DSC光譜。（e）在-18°C下存放超過(guò)24小時(shí)后，原始狀態(tài)（左），150°彎曲（中）和20％應(yīng)變（右）時(shí)TFSS傳感器的照片，顯示了保留的柔韌性和可拉伸
性。
圖
4. TFSS傳感器的熱傳感特性。
（a，c）相對(duì)電容和電阻隨溫度的變化。插圖：TFSS傳感器的示意圖。（b，d）電容和電阻分別隨溫度變化。（e）最先進(jìn)的可拉伸溫度傳感器的功能雷達(dá)圖。
圖
5.電容模式下的熱傳感機(jī)制。
（a）分別圖示了TFSS的橫截面輪廓（左）和溫度傳感器（中）在低溫（高于）和高溫（低于）時(shí)的等效電路圖的示意圖。（b）照片顯示在-18和40°C下分別沒(méi)有（左）和清晰（右）水滴從TFSS傳感器中擠出。（c）示意圖說(shuō)明水凝膠-電極界面處離子的溫度依賴性吸附。
圖
6.
展開(kāi) 新型碳納米管傳感器催生可穿戴的智能紡織品
想象一下是否有舒適和便宜的可穿戴面料能夠檢測(cè)各種壓力和運(yùn)動(dòng)呢？現(xiàn)在特拉華大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)造了這樣一種技術(shù)，它可能會(huì)有一些有趣的應(yīng)用。這種材料由副教授Erik Thostenson和博士生Sagar Doshi領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，材料的基礎(chǔ)包括常規(guī)面料，如棉、尼龍，聚酯或羊毛等。
開(kāi)拓全新的應(yīng)用
傳感器涂層織物的一個(gè)潛在應(yīng)用是測(cè)量人們走路時(shí)腳上的力量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以幫助臨床醫(yī)生評(píng)估患者受傷后的損傷情況，或者幫助運(yùn)動(dòng)員預(yù)防受傷。這個(gè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作是特拉華大學(xué)INBRE資助的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目的一部分，托斯滕森的研究小組正在與特拉華大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)教授、神經(jīng)肌肉生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任吉爾·希金森（Jill Higginson）的小組合作，攻克其中的難點(diǎn)。他們的目標(biāo)是拿這些嵌入鞋子里的傳感器，與傳統(tǒng)的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)如儀器式跑步機(jī)和運(yùn)動(dòng)捕捉等進(jìn)行對(duì)比，看是否具備獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。
人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候是知道自己正在被監(jiān)視的，但在實(shí)驗(yàn)室之外，測(cè)試者心理狀況不同可能會(huì)導(dǎo)致其行為是不同的。
托斯滕森說(shuō)：“我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，在實(shí)驗(yàn)室之外進(jìn)行測(cè)試并獲取數(shù)據(jù)：穿戴有這些新穎的紡織品的測(cè)試者走在街上、家里、任何其他地方的時(shí)候，才開(kāi)始記錄他們的數(shù)據(jù)?！?特拉華大學(xué)的機(jī)械工程博士、論文的主要作者SagarDoshi，在項(xiàng)目中負(fù)責(zé)的是制造傳感器、優(yōu)化它們的靈敏度、測(cè)試它們的力學(xué)性能、并將它們集成到鞋子中。他已經(jīng)在進(jìn)行初步測(cè)試的人員身上佩戴了傳感器。
展開(kāi) 
由紙巾制成的可穿戴傳感器：柔軟、便宜、多用途！
每張紙巾都有水平和垂直的纖維，所以當(dāng)紙張撕開(kāi)的時(shí)候，裂口的方向會(huì)指示傳感器發(fā)生了什么情況。為了追蹤眼球運(yùn)動(dòng)，它們被貼在眼鏡上。
( 圖片來(lái)源：Dennis R. Wise / 華盛頓大學(xué) ）
價(jià)值
Chung 表示：“最大的創(chuàng)新就是這種由廉價(jià)面巾紙制成的一次性可穿戴傳感器。當(dāng)我們撕開(kāi)樣品時(shí)，它就可以像傳感器一樣工作?！?這些邦迪創(chuàng)可貼式樣的小型傳感器可以應(yīng)用于一系列領(lǐng)域。例如，監(jiān)測(cè)一個(gè)人的步態(tài)或者眼球運(yùn)動(dòng)，從而觀察大腦功能或者游戲玩家的活動(dòng)。這種傳感器還可以用于在家中測(cè)試需要特殊照顧的孩童的走動(dòng)情況，從而避免了去醫(yī)院進(jìn)行測(cè)試。
Chung 表示：“他們可以使用這些傳感器，并且在一次性使用后，可以拋棄掉?！?/span>
展開(kāi) 沈國(guó)震課題組：用于可穿戴觸摸鍵盤(pán)的新型柔性觸覺(jué)傳感器
柔性觸覺(jué)傳感器作為可穿戴電子設(shè)備的核心部件，在消費(fèi)電子、軍事、醫(yī)療健康等領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景。
最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所沈國(guó)震課題組成功研制出一種基于具有特殊微結(jié)構(gòu)的銀納米線/PDMS復(fù)合電介質(zhì)層材料的柔性透明電容式壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了類似人體皮膚功能，可快速感知微小壓力變化。與采用純PDMS平面結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層器件相比，所制備的傳感器具有更高的靈敏度(0.831 kPa?1，<0.5 kPa)，更低的檢測(cè)范圍，更好的穩(wěn)定性和耐久性。本文對(duì)導(dǎo)電填料含量和微結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)傳感機(jī) 理也進(jìn)行了討論。
此外，作者還研制了一個(gè)5×5的傳感器陣列并成功地用于柔性可穿戴式觸摸鍵盤(pán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓力觸覺(jué)傳感器在電子皮膚與人機(jī)交互中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
Flexible and transparent capacitive pressure sensor with patterned microstructured composite rubber dielectric for wearable touch keyboard application
Science China Materials，2018，doi：10.1007/s40843-018-9267-3
展開(kāi) 清華蹇木強(qiáng)Science China Materials綜述：碳材料基柔性可穿戴傳感器
【引言】
柔性傳感器被定義為將物理或環(huán)境刺激轉(zhuǎn)換成可探測(cè)信號(hào)的柔性設(shè)備。近年來(lái)，柔性傳感器由于其在可穿戴電子和智能系統(tǒng)中的巨大潛在應(yīng)用而受到越來(lái)越多的關(guān)注。柔性傳感器可以安裝在人體或衣服上，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)微小和大型人體運(yùn)動(dòng)和生理信息，例如發(fā)聲、脈沖、心電圖、呼吸、皮膚溫度等等。這些應(yīng)用要求可穿戴傳感器具有靈敏度高、柔韌性好、拉伸性能好、生物相容性好、穩(wěn)定性好等基本特性。
選擇合適的活性材料在控制傳感器的性能方面起著重要的作用。到目前為止，各種材料，包括碳納米管（CNTs），石墨烯，碳黑，導(dǎo)電聚合物，金屬，納米粒子(NPs)和納米線、半導(dǎo)體已被用作柔性傳感器的活性成分。在這些材料中，金屬NP可以用來(lái)制造具有高靈敏度的柔性傳感器，但是這些傳感器的傳感范圍和伸縮性是有限的。此外，由于金屬納米線的化學(xué)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性有限，利用金屬納米線制備穩(wěn)定的傳感器具有挑戰(zhàn)性。同樣，穩(wěn)定性和導(dǎo)電性差的導(dǎo)電聚合物也難以用于制造高性能傳感器。相比之下，碳材料是最常被研究的材料之一，特別是具有顯著的力學(xué)、電學(xué)和熱性能的碳納米管和石墨烯（包括氧化石墨烯（GO）和還原氧化石墨烯（rGO））。
為了實(shí)現(xiàn)宏觀應(yīng)用，在微觀層面上具有優(yōu)異性能的碳納米管和石墨烯應(yīng)轉(zhuǎn)化為宏觀功能組件，如一維（1D）纖維或紗線、二維（2D）薄膜或片材、三維（3D）構(gòu)架。多尺度的宏觀碳納米材料賦予柔性傳感器高靈敏度、優(yōu)異的靈活性和良好的穩(wěn)定性以及期望的結(jié)構(gòu)。此外，低成本的碳材料，包括炭黑和納米碳纖維，可以用作與彈性材料或織物集成的導(dǎo)電填料，這是制造柔性傳感器的一種簡(jiǎn)單、低成本和大規(guī)模的方法。除了碳納米材料之外，其他碳材料也通過(guò)生物材料衍生出來(lái)。
展開(kāi) 可穿戴｜劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)新型電子織物，可被制成電視功能窗簾或智能衣物
結(jié)合這些技術(shù)，研究人員最終通過(guò)現(xiàn)有成熟的、可擴(kuò)展的紡織品制造工藝將多種功能模塊整合到一塊大尺寸的智能織物上。
由此技術(shù)制造的智能織物可以用作顯示器、監(jiān)控各種輸入或存儲(chǔ)能量以備后用。該織物可以檢測(cè)射頻、觸摸、光線和溫度信號(hào)。它也可以卷起來(lái)，因?yàn)樗鞘褂矛F(xiàn)有成熟紡織工藝制造的。可以想象，未來(lái)我們可以用這種方式制造大尺寸可卷起的功能性織物。
研究人員表示，他們的這種織物顯示器原型為下一代電子紡織品應(yīng)用鋪平了道路，應(yīng)用領(lǐng)域包括可以產(chǎn)生和儲(chǔ)存自身能源的智能和節(jié)能建筑、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)和交互式顯示器等領(lǐng)域。
“我們的這種方法建立在微納米技術(shù)、顯示器、傳感器、能源技術(shù)和現(xiàn)有紡織制造工藝的融合之上，”劍橋大學(xué)工程系與Luigi Occhipinti博士以及Manish Chhowalla教授共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Jong min Kim教授說(shuō)道，“這是我們朝著在日常應(yīng)用中充分利用可持續(xù)、便捷電子纖維和電子紡織品方向邁出的重要一步，而且這也僅僅是個(gè)開(kāi)始?！?“通過(guò)集成基于光纖的電子、光子、傳感和能源功能，我們可以設(shè)計(jì)和制造出全新類別的智能設(shè)備和系統(tǒng)，”同樣來(lái)自劍橋大學(xué)工程系的Occhipinti博士說(shuō)，“通過(guò)釋放紡織品制造的全部潛力，我們很快就會(huì)看到自供電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無(wú)縫集成到日常物品和許多其他行業(yè)應(yīng)用中?！?目前，這些研究人員正在與歐洲的一些合作者展開(kāi)合作，以期望將該技術(shù)用到人們?nèi)粘＝佑|的生活物品上。另外，他們還有一個(gè)研究方向——將一些可持續(xù)材料整合為纖維，進(jìn)而提供一種新型能源紡織系統(tǒng)。據(jù)他們說(shuō)，這些柔性和功能性智能織物最終可以制成電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池板和其他設(shè)備等。
展開(kāi) 可穿戴熱管理應(yīng)用的功能材料和創(chuàng)新策略
來(lái)源 | Nano-Micro Letters
01
背景介紹
納米材料和制造工藝的最新進(jìn)展促進(jìn)了智能可穿戴設(shè)備和眾多可穿戴應(yīng)用的出現(xiàn)。由于熱管理與人體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)，可穿戴式熱管理在學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。人體產(chǎn)生熱量，身體可通過(guò)出汗和輻射來(lái)散發(fā)熱量，以保持體內(nèi)平衡。一旦環(huán)境溫度與體溫相差太大，則會(huì)引起身體熱不適，嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致器官衰竭。可穿戴熱管理設(shè)備可基于不同的材料和系統(tǒng)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)態(tài)，從而增強(qiáng)人體的溫度調(diào)節(jié)功能。本文綜述了近年來(lái)可穿戴熱管理材料和創(chuàng)新策略的研究進(jìn)展，并討論了構(gòu)成每種策略的每種材料/設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和局限性，然后總結(jié)了熱調(diào)節(jié)可穿戴技術(shù)的未來(lái)前景和挑戰(zhàn)，以便為未來(lái)的熱調(diào)節(jié)可穿戴行業(yè)的發(fā)展提供思路。由于熱管理與人體的內(nèi)穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)，可穿戴式熱管理在學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。
02
成果掠影
近期，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)Seung Hwan Ko教授課題組和韓國(guó)東國(guó)大學(xué)Jinwoo Lee綜述了近年來(lái)幫助調(diào)節(jié)人體體溫的可穿戴熱管理設(shè)備以及涉及的材料和創(chuàng)新策略的相關(guān)研究進(jìn)展。為了系統(tǒng)闡述這些內(nèi)容，該團(tuán)隊(duì)將熱調(diào)節(jié)可穿戴設(shè)備分為主動(dòng)和被動(dòng)式熱管理，并進(jìn)一步介紹了涉及到的各種功能材料和熱管理策略。并討論了構(gòu)成每種策略的材料/設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和局限性，最后總結(jié)了熱調(diào)節(jié)可穿戴技術(shù)的未來(lái)前景和挑戰(zhàn)。
相關(guān)研究成果以“Functional Materials and Innovative Strategies for Wearable Thermal Management Applications”為題發(fā)表于《Nano-Micro Letters》。
展開(kāi) 這些是適合女性的運(yùn)動(dòng)可穿戴設(shè)備 功能顏值都不錯(cuò)
另外產(chǎn)品還支持50m防水功能，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)睡眠質(zhì)量并且通過(guò)Withings Health Mate App管理數(shù)據(jù)，Android和iOS手機(jī)都可以使用。
售價(jià)：179.95美元（約合人民幣1195元）；
Motiv
這只Motiv指環(huán)它平時(shí)不會(huì)記錄你的步數(shù)、卡路里消耗量等數(shù)據(jù)，唯一能跟蹤記錄的只有心率，而且只在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)開(kāi)工，散步這種輕度運(yùn)動(dòng)期間它會(huì)處于休眠狀態(tài)。
Motiv指環(huán)不但能跟蹤你的步數(shù)、卡路里燃燒量、平均心率、運(yùn)動(dòng)類型和活動(dòng)距離長(zhǎng)度，還會(huì)提醒佩戴者每周必須完成150分鐘的室外活動(dòng)目標(biāo)，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度是美國(guó)衛(wèi)生與公眾服務(wù)根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)算出來(lái)的，按照這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行戶外活動(dòng)可降低過(guò)早死亡、冠心病、中風(fēng)、高血壓，II型糖尿病和抑郁癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。
Motiv由藍(lán)牙傳感器、3軸加速度計(jì)、光學(xué)心率監(jiān)測(cè)器和鋰離子電池組成，平均續(xù)航時(shí)間 3 到 5 天，佩戴者活動(dòng)越頻繁續(xù)航越短。指環(huán)需配合專用磁性底座充電，可以直插電腦充電；如果用配送的鑰匙鏈充電器，那么 90 分鐘就能充滿。LED 指示燈可讓佩戴者知道指環(huán)是否需要充電，或是否在正在同步數(shù)據(jù)或更新固件。
參考售價(jià)：199.99美元（約合人民幣1360元）
Bellabeat Leaf
Leaf活動(dòng)跟蹤器其外觀看起來(lái)更像是一件時(shí)尚的飾品，能夠跟蹤用戶活動(dòng)水平，睡眠質(zhì)量，壓力水平和排卵指標(biāo)。Leaf活動(dòng)跟蹤器主體采用木材制成，并且有不銹鋼的葉面進(jìn)行加固。
Leaf活動(dòng)跟蹤器被設(shè)計(jì)成可以整天穿戴，跟蹤活動(dòng)，睡眠和壓力，結(jié)合即將到來(lái)的智能手機(jī)APP，它能夠跟蹤月經(jīng)周期，以提供完整的健康資訊。另外，Leaf活動(dòng)跟蹤器還可以通過(guò)輕微振動(dòng)，來(lái)實(shí)時(shí)反饋，通知用戶增加或減少活動(dòng)，并提醒其他方面的健康問(wèn)題，如需要更多的睡眠等等。
展開(kāi) 武培怡教授團(tuán)隊(duì)ACS Nano：多功能智能可穿戴纖維織物
機(jī)械適應(yīng)性強(qiáng)、便攜、質(zhì)輕且可縫制、耐久使用、可水洗和穿戴舒適的纖維電子產(chǎn)品，已逐漸成為新興生物集成設(shè)備的理想選擇。特別是柔性、可形變、持久耐用，透氣和易制備的纖維織物產(chǎn)品，幾十年來(lái)一直是可穿戴電子織物和電子皮膚領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著制備工藝的快速發(fā)展，可穿戴織物電子產(chǎn)品在人工智能、人機(jī)交互、大數(shù)據(jù)管理、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的作用。但就現(xiàn)有技術(shù)而言，開(kāi)發(fā)出可以模擬生物體感知功能，同時(shí)超越生物感知能力的織物傳感器，仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
武培怡教授課題組近年來(lái)報(bào)道了一系列用水凝膠和彈性體材料來(lái)模擬生物皮膚和組織的力學(xué)、傳感、和刺激響應(yīng)特性：實(shí)現(xiàn)了離子皮膚的多功能性制備(Adv. Mater. 2017, 29, 1700321; Nat. Commun. 2018, 9, 1134; ACS Nano, 2018, 12, 12860-12868; Mater. Horiz. 2019, 6, 538-545; Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908018)。同時(shí)，課題組成員近幾年推成出新，努力進(jìn)取，將多功能傳感能力積極拓展到溶劑識(shí)別(Nat. Commun. 2019, 10, 3429)和信息智能加密和傳輸、危險(xiǎn)預(yù)警等應(yīng)用領(lǐng)域 (Adv. Mater. 2021, 33, 2008479; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 5, 6731–6738)。
近期，武培怡教授團(tuán)隊(duì)利用濕法紡絲技術(shù)制備了一種具有多功能感知能力的Kevlar/MXene (KM)智能可穿戴纖維織物。該纖維織物可被多次清洗和縫織。
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接觸式高精度溫度傳感芯片M117完美替代TI的TMP117，在可穿戴產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用
TI（德州儀器）推出的溫度傳感器TMP117目前已廣泛應(yīng)用于在各領(lǐng)域的可穿戴產(chǎn)品中，伴隨著國(guó)產(chǎn)器件替代的熱潮，工采網(wǎng)代理的國(guó)產(chǎn)接觸式高精度溫度傳感芯片 - M117可以進(jìn)行完全兼容替代，封裝都一樣，不用修改電路板。
M117是高精度數(shù)字模擬混合信號(hào)溫度傳感芯片。M117為體溫芯片，最高測(cè)溫精度為+28°C 到+43°C 范圍±0.1℃；用戶無(wú)需進(jìn)行校準(zhǔn)。
溫度芯片感溫原理基于CMOS半導(dǎo)體PN節(jié)溫度與帶隙電壓的特性關(guān)系，經(jīng)過(guò)小信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字校準(zhǔn)補(bǔ)償后，數(shù)字總線輸出，具有精度高、一致性好、測(cè)溫快、功耗低、可編程配置靈活、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。M117在功能上可以完全兼容替代TI的TMP117溫度傳感器。如下圖所示為兩款產(chǎn)品的性能對(duì)比：
通過(guò)上述表格中兩款產(chǎn)品參數(shù)的對(duì)比，我們可以看到：
1、兩款產(chǎn)品具有同樣的1.8V-5.5V工作電壓，均可以達(dá)到±0.1℃的測(cè)量精度，同時(shí)敏源傳感還可提供定制區(qū)間的高精度產(chǎn)品，M117具有更高的測(cè)量范圍，可以達(dá)到–70℃~+150℃溫度區(qū)間。
2、M117溫度傳感芯片的測(cè)量速度性能要優(yōu)于TMP117，可以提供更快的測(cè)量。
3、在功耗上，1Hz采樣情況下，M117溫度傳感芯片功耗略高，但是待機(jī)電流更低一些，可以為穿戴設(shè)備產(chǎn)品提供更長(zhǎng)的使用時(shí)間。
4、M117溫度傳感芯片內(nèi)置非易失性E2PROM存儲(chǔ)單元，用于保存芯片ID號(hào)、高低溫報(bào)警閾值、溫度校準(zhǔn)修正值以及用戶自定義信息，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可提供更多的功能，相比于TMP117并無(wú)內(nèi)置存儲(chǔ)單元。
如下圖所示為兩款產(chǎn)品的典型應(yīng)用電路圖：
從上述典型硬件電路可以看到，M117溫度傳感芯片支持?jǐn)?shù)字 I2C 通信接口、測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)內(nèi)存訪問(wèn)、功能配置等均可通過(guò)數(shù)字協(xié)議指令實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，并且還可以節(jié)省一些MCU的硬件資源。
展開(kāi) 多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)《iScience》綜述：類皮膚水凝膠及其在可穿戴傳感，軟體機(jī)器人以及能量收集等方面的應(yīng)用
皮膚作為人體最大的器官，近年來(lái)為科學(xué)家設(shè)計(jì)新型可拉伸電子帶來(lái)了諸多啟發(fā)。通過(guò)精巧地設(shè)計(jì)并組合相關(guān)電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開(kāi)發(fā)出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設(shè)備，并在可穿戴電子，可穿戴康復(fù)機(jī)械人和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景. 而以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優(yōu)異的生物兼容性，更加接近生物組織的機(jī)械和電學(xué)特性，目前吸引了大量研究精力投入其中，以便將其開(kāi)發(fā)并集成到可穿戴傳感，軟體機(jī)器人等應(yīng)用中，從而確保更安全，更智能的人機(jī)互動(dòng)。
日前，多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)在 Cell Press 子刊 iScience上 總結(jié)并討論了類皮膚水凝膠的研究進(jìn)展。文章首先總結(jié)了目前水凝膠的增韌方法及原理，增加離子導(dǎo)電性的方法。文章隨后描述了目前提高水凝膠鎖水，抗凍和粘貼的若干策略。應(yīng)用方面，文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學(xué)傳感，軟體機(jī)器人柔性電極及可拉伸傳感，和柔性自發(fā)電能量收集等方面的進(jìn)展。最后，作者討論了離子水凝膠存在的挑戰(zhàn)和機(jī)遇， 包括多模態(tài)傳感，新型加工制備方案，結(jié)合大數(shù)據(jù)和水凝膠離子計(jì)算的下一代智能，以及可拉伸的儲(chǔ)能設(shè)備。
圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進(jìn)展和應(yīng)用總結(jié)
圖2 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的代表結(jié)構(gòu)和他們的合成策略。
展開(kāi) 多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)《AFM》：新型抗極寒粘貼離子導(dǎo)電水凝膠仿生皮膚助力可穿戴傳感和軟體機(jī)械人
皮膚的這些功能是通過(guò)其內(nèi)部相應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，其高度抗形變的膠原蛋白和彈性纖維網(wǎng)絡(luò)用于承受物理變形；保濕物質(zhì)如吡咯烷酮羧酸（pyrrolidone carboxylic acid) 用于鎖水；皮下脂肪細(xì)胞用于抵御寒冷；多種感知神經(jīng)元如力學(xué)感受器，溫覺(jué)感受器及疼痛感受器，可將外部刺激轉(zhuǎn)化成鉀鈉離子的移動(dòng)和動(dòng)作電位在神經(jīng)細(xì)胞中的傳遞。皮膚的這些結(jié)構(gòu)特征為我們?cè)O(shè)計(jì)新型可拉伸電子帶來(lái)了啟發(fā)。通過(guò)精巧地設(shè)計(jì)并組合相關(guān)電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開(kāi)發(fā)出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設(shè)備，并在可穿戴電子，可穿戴康復(fù)機(jī)械人和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。值得注意的，由于仿生皮膚和軟體機(jī)器人之間優(yōu)異的機(jī)械性能匹配和功能互補(bǔ)，目前已有大量研究精力投入到開(kāi)發(fā)適合集成到軟體機(jī)器人的可拉伸和可穿戴仿生電子皮膚，從而確保更安全，更智能的人機(jī)互動(dòng)和環(huán)境適應(yīng)性。
在這些傳感材料中，以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優(yōu)異的生物兼容性，更加接近生物組織的機(jī)械和電學(xué)特性，近年來(lái)收到了大量關(guān)注。然而，目前離子水凝膠在低溫環(huán)境容易結(jié)冰而失去變形能力和導(dǎo)電性；同時(shí)，傳統(tǒng)離子水凝膠通常不具備良好的表面粘附能力， 從而影響其在可穿戴和軟體機(jī)械人等大變形應(yīng)用場(chǎng)景中的使用；此外，傳統(tǒng)離子水凝膠在環(huán)境中易失水的問(wèn)題也亟待解決。
圖1.
展開(kāi) 東華大學(xué)侯愷/朱美芳院士《JMCA》異構(gòu)/堅(jiān)韌/穩(wěn)定/導(dǎo)電/凝膠纖維基可穿戴應(yīng)變傳感器
圖
5：PANI-6/PMON混合凝膠纖維集成織物用于監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)和壓力感應(yīng)的柔性陣列傳感器的實(shí)時(shí)相對(duì)電阻變化。
圖
6
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在液體環(huán)境中對(duì)PANI-6/PMON雜化凝膠纖維的機(jī)械感測(cè)。
【總結(jié)】
團(tuán)隊(duì)提出了具有異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)韌導(dǎo)電性
PANI/PMON雜化凝膠纖維，以實(shí)現(xiàn)感覺(jué)功能。得益于多分子相互作用以及協(xié)同的疏水性和親水性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此類混合凝膠纖維具有機(jī)械耐久性，液體環(huán)境穩(wěn)定性和寬應(yīng)變響應(yīng)性能，然后可以有效且協(xié)同地集成到基于凝膠纖維的柔性可穿戴傳感器中。
值得注意的是，這些基于混合凝膠纖維的傳感器不受復(fù)雜液體環(huán)境（例如水和鹽水）的干擾，有助于在空氣/潮濕條件下穩(wěn)定，超靈敏地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)和生理信號(hào)。
團(tuán)隊(duì)
非常希望這樣的PANI/PMON混合凝膠纖維能夠很好地用作可穿戴和植入式傳感器，用于健康監(jiān)
測(cè)，創(chuàng)新的電子產(chǎn)品和人機(jī)交互。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1039/D1TA02422A
版權(quán)聲明
：「
高分子材料科學(xué)
」公眾號(hào)旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系作者修正。商業(yè)轉(zhuǎn)載或投稿請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
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