随着柔性可穿戴设备的发展，可拉伸应变传感器的作用也越发重要。通常来说，它测量的是机械形变转换成的电信号，用于人机交互、健康监测等领域。不过，橡胶这种传统的可拉伸应变传感器材料很难经住长期重复使用，影响传感器的准确性。

近期，美国南加州大学工程学院研究人员受折纸启发创造出一种新的传感器，这些传感器有朝一日可用于检测器官微小变形从而预测疾病，也可用于可穿戴设备和柔性机器人。论文发表在最新一期《科学进展》上。

可穿戴设备为便捷医疗带来曙光

近期，新思界产业研究中心发布的《2023—2028年中国可穿戴医疗设备行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，可穿戴医疗设备在发现潜在健康风险，预防疾病发生，调控、干预、治疗疾病等方面具有重要作用，市场规模正在扩大。

日常生活中，医院每天接诊人数较多，这不仅影响医院的诊疗效率、增加管理负担，同时也潜在增加传播疾病的风险。在信息科技的帮助下，近些年可穿戴设备开始应用，患者在足不出户的情况下同医生进行远程交流，可对一些基础性疾病进行诊断。

智能可穿戴设备可以监测人体的多项生理指标，如血压、血糖、心率等，具有实用便捷、交互性好等优点。在互联网远程治疗模式基础上，可穿戴设备已在医疗健康领域展现出巨大潜力，可通过长时间收集生理健康数据，为医生提供可靠的临床诊断，让在家监测健康成为可能，尤其在预警重大疾病方面扮演的角色越来越重要，未来将进一步成为医生的得力助手。

可穿戴设备，指结合多种传感器、通信技术、多媒体技术，对人体常见的穿戴设备，如手表、眼镜、鞋子等进行智能化配置之后的电子设备，实现对人体相关数据的感知、收集、分析处理以及储存。由于结合了互联网技术，可穿戴设备可对人体的健康状况进行实时、准确、快速的远程监测和管理。人体不同部位的可穿戴设备，可将人体相关数据信号收集起来，并利用5G通信、Wi-Fi等方式将其传输到人们常用的通讯设备上，实现健康监测。

可穿戴设备实现数据监测的核心是传感器。这种传感器可分为光电传感可穿戴设备、生物化学传感可穿戴设备等类型。

可穿戴设备传感器各国研究成果

人体组织的特点是柔软、可拉伸、呈曲线状，并具有独特的机械性能，柔性可穿戴生物化学传感器具有很大的应用潜力。柔性衬底是可穿戴生物化学传感器的最主要组成部分之一，各种可拉伸结构电极和纳米材料电极，已广泛应用于电化学传感领域，其中可拉伸工作电极有贵金属、半导体、导电聚合物，以及碳基纳米材料。在应变条件下，这种可拉伸电极具有良好的拉伸性能，通过旋涂、真空过滤，在弹性体聚合物和硅橡胶上制备纳米材料并逐层组装，被广泛应用于可穿戴传感领域。

美国加州大学圣地亚哥分校的工程师，开发了一种柔软而有弹性的皮肤贴片，可将其戴在脖子上，连续跟踪血压和心率， 同时测量佩戴者的葡萄糖、 乳酸、 酒精含量。该贴片是适应皮肤的柔性聚合物薄片，配备了一个血压传感器和两个化学传感器。此外，汗液中葡萄糖的水平与血液中的血糖浓度存在相关性，利用可穿戴传感器实时监测汗液中的葡萄糖水平，即可反映患者的健康情况。

韩国成均馆大学一个科研团队，研制了一种电化学传感器贴片，用于监测汗液中的葡萄糖水平。利用一种可拉伸的金纳米杂化纤维，该传感器电极材料通过和还原氧化石墨烯协同作用，可呈现良好的监测效果。该传感器贴片缝在可拉伸的织物中，并贴合人体皮肤，可连续测量汗液中的葡萄糖水平，能够准确反映人体血糖状况。

可穿戴设备的研究以便捷监测人体健康体征为初衷，逐步与医疗产业接轨。目前，可穿戴设备有着十足的潜力，但这并不代表它不存在挑战。值得关注的是，智能穿戴设备对老年人来讲，使用时可能存在认知盲区，面对复杂环境的适用性仍是一个有待解决的问题。可穿戴生物化学传感器目前较多仍停留在实验室研发阶段，未来开发出面向大众化实际应用的可穿戴设备还需进一步努力。

新型“折纸”传感器最大能拉伸200%

可拉伸应变传感器对于可穿戴电子产品、假肢和软体机器人等各种应用至关重要，但目前此类传感器主要依赖于可变形导电材料，如橡胶等柔性材料，经过重复使用后，这些材料的特性可能发生不可逆的变化，进而导致变形检测数据不准。因此制造一种能够大幅度拉伸、快速响应、即使在测量大的动态变形时也能提供精确读数的传感器，是一个极大挑战。而就在最新一起的《科学进展》杂志上，美国南加州大学的研究团队展示了一种新的可拉伸应变传感器结构，有望解决这一难题。

研究人员受到折纸的启发制造了这种传感器，将材料折叠成一个三角形扣在基板材料上，就像是把一本书从中间打开倒扣在桌面上。与基板接触的两边各有一个电极，但其中一个电极是粘合到基板上的，另一个则可以自由移动，电极中间会产生电场并均匀的分布在三角形材料周围，而当传感器受到作用会导致三角形材料的角度变化，其中的电场也会同步发生变化，通过读取这种变化就可以获得变形幅度的具体值。

根据测试，新传感器最多可拉伸至原始尺寸的200%，即使重复使用也具有很高的传感精度（超过700个拉伸循环，100%应变）。此外，该传感器只有1.2%的迟滞度，且响应速度非常快，可在不到22 ms的时间内检测到非常微小区域（约5mm2）的变形，还能检测来自不同方向的应变。

研究人员表示，此类传感器可准确测量复杂而大量的变形，也可应用于感知柔性机器人的运动、跟踪人体关节的运动，甚至监测膀胱等器官以确定可能预示疾病的异常情况，未来将进一步拓展3D电极设计，从而增加应变范围和应变系数，增强对正常压力和电磁干扰的抵抗力。这种新型传感器可以描摹更大幅度更复杂的运动变形，在医疗健康领域具有极大潜力。

文章来源： 科技日报，综合报道，科普时报