智能可穿戴传感系统的研究综述与展望

在过去的几十年里,可穿戴的感测技术已经从科幻小说的视野迅速发展到既定的消费者和医疗产品,包括假肢、健康监测、智能机器人和人机交互设备。智能可穿戴传感系统是可穿戴技术中能够检测与生物物种或特定环境相关的各种刺激的重要器件,近年来在商业化和研究方面都取得了很大进展。而随着人工智能、物联网等新应用的发展,智能可穿戴传感系统以其多功能、可集成等特点在人类日常生活的各个方面引起了广泛的关注。自20世纪以来,智能可穿戴传感系统已发展成为一个跨学科研究领域,集成了包括电子、生物工程、系统工程、材料科学和其他跨学科的专业研究人员。并且随着信息技术的不断进步,人们对发展高性能的柔性传感器的需求也不断增加。人们希望传感器件可以舒适地穿戴在身上,或者直接贴附在皮肤表面,从而能够获得血压、血糖、脉搏等一系列健康信息,并将这些信息收集到智能设备中,分析提取,帮助医生进行诊断,这使得未来的人类生活更具想象空间。结合新型纳米技术以及柔性电子技术,研究能够与各种可穿戴应用相匹配的柔性传感器件,实现可穿戴传感系统与人体体表兼容地工作具有重要的研究意义和应用价值。

近日,中国科学院半导体研究所沈国震课题组在Wiley综合期刊Advanced Materials Technologies上发表了综述性文章,总结了近些年来智能可穿戴传感系统领域研究工作所取得的重大突破和进展,并对该领域未来的研究热点进行了预测与分析。文章围绕着智能可穿戴传感系统的构建,概述了该领域所涉及的基本研究与应用方向。作者深入探讨了实现柔性可拉伸传感器件的几种策略,包括柔性可拉伸衬底、导电材料、活性材料以及无线通讯和显示等。随后作者总结了目前智能可穿戴传感系统的应用领域:1)健康监测,主要讨论了柔性传感器对人体脉搏信号、血液与汗液、血氧饱和度等健康和人体体征相关的生理信号的检测;2)人机交互,包括可穿戴透明键盘以及数据手套等工作;3)基于电子皮肤以及柔性传感集成等器件应用在假肢以及机器人领域。尽管目前柔性传感器及相关集成器件研究已经取得较大进展,但仍然存在诸多技术障碍限制了智能可穿戴传感系统的全面推广与应用。基于目前所面临的问题,最后作者还对智能可穿戴传感系统的设计与发展阐述了自己的意见。

该工作发表在Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201800444)上。中国科学院半导体研究所娄正副研究员以及吉林大学王丽丽副教授为该文章的第一作者。

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