ACS Nano:用于人体足底压力和步态分析的高灵敏度和可靠性集成纤维离子压力传感器
Nanoyu Nanoyu 2024-05-20

设计用于测量足底压力的灵活传感系统 (FSS) 可以提供有关人体运动和姿势的即时反馈。这种反馈不仅对于预防和控制与足底压力异常相关的疾病至关重要,而且对于优化运动员的姿势以尽量减少伤害也至关重要。最佳足底压力传感器的开发取决于关键指标,例如宽感应范围、高灵敏度和长期稳定性。然而,当前柔性传感器的有效性受到许多挑战的阻碍,包括结构变形能力的限制、多功能层之间的机械不兼容性以及复杂应力条件下的不稳定性。

近日,四川大学Junlong Yang,Miqiu Kong介绍了一种由聚酰亚胺(PI)材料体系和高孔隙率层压离子纤维结构组成的集成离子电子柔性压力传感器。

文章要点

1通过调整PI的聚集结构,实现了内部纤维和功能层的大量自粘接头。该传感器可以在极高的压力下保持变形,类似于桁架网络的结构变形。因此,该传感器可承受高达4000 kPa的超高压,表现出优异的灵敏度(158.67 kPa−1)、超低的检测限(0.25 Pa)、快速的响应时间/弛豫时间(2.4 ms/4.7 ms)、出色的循环稳定性( 1500 kPa 压力下 150,000 次循环),环境适应性强(压缩应力(1969.6 kPa)和剪切应力(347.3 kPa)超高复杂载荷下 10,000 次循环)。

2这些重要的功能使传感器能够在静态和动态运动下准确检测人体足底压力。结果表明,由于高孔率层状离子纤维结构和自粘合界面,无线检测足底压力的FSS可以实现足底压力分布的高精度检测,并确定步态监测的短期复杂应力和长期稳定性。

3研究人员还证明了FSS有助于机器系统对脚型的准确智能识别。准确识别率可达99.8%,在健康检测、人机交互、医疗康复等领域具有广阔的应用前景,为制备高性能、稳定的复杂应力环境下的传感电子皮肤提供了一种有效的策略。

 

参考文献

Wendong Li, et al, Integrated Fibrous Iontronic Pressure Sensors with High Sensitivity and Reliability for Human Plantar Pressure and Gait Analysis, ACS Nano, 2024

DOI: 10.1021/acsnano.4c02919

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c02919


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