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  近年來，柔性應變傳感器取得了豐碩的研究成果。研究者也將研究重點從傳感器的基礎性能轉移到傳感器的實際應用，取得了在軟體機器人、電子皮膚、人機交互和醫療監控等諸多領域的重大突破。應變傳感器因其優異的彈性和韌性以及與人體皮膚的完美貼合性，實現了在人體健康和運動檢測的實時傳感應用。用于檢測人體運動活動的應變傳感器需要滿足高靈敏度、快速響應、動態性能穩定、線性程度高的特點。此外，柔性應變傳感器的可穿戴性與智能化也是設計者需要著重考慮的問題。因此，構建既具有良好穩定性又具有全方位人體運動檢測的高性能智能化柔性應變傳感器具有重要的應用價值。

圖1 MXene/PPy/HEC應變傳感器用于脈搏檢測和文字識別

  近期，中國石油大學（華東）控制科學與工程學院張冬至教授團隊提出了基于MXene/聚吡咯（PPy）/羥乙基纖維素（HEC）的柔性應變傳感器，報道了該傳感器在健康和運動檢測中的應用，并結合機器學習實現了多語言手寫文字的識別（圖1）。在這項工作中，該團隊構造了基于MXene/PPy/HEC的柔性應變傳感器，以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為基底，MXene吸附著在PDMS表面形成導電路徑，HEC的加入有效地改善了PPy的分散性。基于MXene/PPy/HEC的柔性應變傳感器具有靈敏度高、線性程度高、檢測范圍寬、響應速度快、重復性好等特點（圖2）。該柔性傳感器能夠對應變產生靈敏且穩定的響應，主要歸因于MXene/PPy/HEC薄膜器件的柔韌性與電學性能（圖3）。該傳感器具有快速響應特性和低檢測限，可用于檢測人體健康和體征信號監測，如脈搏、發音、吞咽和呼吸等（圖4）。此外，基于MXene/PPy/HEC的柔性應變傳感器作為可穿戴設備可用于監測人類不同狀態下的關節彎曲（圖5）。結合機器學習算法，設計了基于MXene/PPy/HEC應變傳感器的手寫文字識別應用，可用于區分英文字母、阿拉伯數字和漢字。使用機器學習算法對傳感器檢測到的手寫文字信號進行了識別，識別正確率超過96%（圖6和圖7）。該工作表明了MXene/PPy/HEC應變傳感器在智能可穿戴設備、電子皮膚和人機交互領域中的應用潛力。

圖2 MXene/PPy/HEC應變傳感器性能測試

圖3 MXene/PPy/HEC應變傳感器的敏感機理

圖4 用于人體健康檢測的MXene/PPy/HEC應變傳感器

 圖5 基于MXene/PPy/HEC應變傳感器的人體運動檢測應用

 圖6 基于MXene/PPy/HEC應變傳感器和機器學習算法的文字識別

 圖7 基于MXene/PPy/HEC應變傳感器的應用說明及手寫漢字識別

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c18989

通訊作者介紹

  張冬至，中國石油大學（華東）教授，控制科學與工程學院副院長，山東省泰山學者，山東省高等學校青年創新團隊帶頭人，青島市拔尖人才。主要從事微納傳感器技術與微系統、智能感知與柔性電子技術、電子信息技術與檢測儀器等研究。主持國家自然科學基金項目、山東省重點研發計劃項目等科研項目20余項，在ACS Nano、Nano-Micro Letters、Nano Energy 等著名期刊上發表SCI收錄論文170余篇，被國內外學者引用9500余次，H-index為54，入選ESI高被引論文25篇，ESI熱點論文5篇，授權國家發明專利20余項，獲省部級科技獎勵一等獎2項、二等獎5項，入選全球前2%頂尖科學家榜單，獲評中國石油和化工自動化行業協會青年科技突出貢獻獎、全國高校礦業石油與安全工程領域優秀青年科技人才獎、中國電子學會優秀科技工作者等。

  課題組網址：zhangdongzhi.polymer.cn