摘要
随着近年来移动终端和物联网的井喷式发展,可穿戴式电子器件也展现出了极为广阔的商业应用前景,逐渐渗透在人们日常生活中的方方面面,包括便携式家用人体健康生理信号监测、VR多模态人机交互、机器人皮肤与外骨骼、医疗康复等领域,为人类未来的社会生活带来了巨大的便利和深刻的变革.全球市场也对可穿戴器件提出了更高需求,如佩戴舒适性、无创性监测、零折损人体感知功能、单一器件多功能化等,柔性传感器件则是可穿戴技术的关键突破点.而压力与拉伸,作为人体活动重要的生理信号,可以一定程度上反映出人体健康情况,如血压、心跳、脉搏、眼压、关节活动等,而且对于瘢痕压力疗法有着重要的指导意义.因此,开发柔性超薄无创式且不折损人体皮肤感知功能的应力应变智能穿戴式电子器件,对于推动个性化医疗健康监测系统落地有着重要的战略意义.本文的研究内容主要分为以下三个方面: 首先,面对贴肤式无创可穿戴电子器件,本文提出了一种柔性超薄应力应变传感器件,以具有良好的生物相容性和机械稳定性的蚕丝蛋白/水凝胶作为基底与功能层,通过气液界面自组装PS胶体微球引入微结构,以实现器件结构的优化与性能的提升,并通过掩模喷涂制备图案化银纳米线柔性叉指电极,以构成叉指电容结构,并采用透明度较高的PU薄膜作为封装层. 其次,对所制备出的传感器件进行了测试表征,该传感器件的整体厚度较薄(~100μm),具有良好的透光度(＞80%).在压力应变模式下最大灵敏度可达到0.87kPa-1,并在连续工作超过2000次后依然具备良好的耐久性和稳定性;在拉伸应变模式下最大可达到70%,并具备良好的回复性;同时由于蚕丝蛋白具有感知液态水分子能力的材料特性,也可以用作湿度传感功能,最大灵敏度可达0.27%RH?1,实现三种多传感模式的单一器件集成. 最后,本文搭建了人脸表情面部识别,指关节和肘关节运动以及上呼吸道生理活动监测平台,验证其应用于人体健康生理信号监测的可行性.本文还演示了智能机械手的抓握和放松实验,为其在假肢领域的应用提供了可能.本文设计了基于LabVIEW的数据采集显示系统来实现人机友好显示界面,包括实时波形采集与阵列化器件的压力云图,以构建人体分布式健康监测平台.
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