柔性压力传感器的应用

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肢体运动监测关节是赋予肢体灵活性的重要部位，如走路时每迈出的一步都需要膝关节和脚踝关节的弯曲，抓取物体需要手指关节的运动等等，人体每一个动作都离不开关节的作用。研究中将传感器嵌入手套中实现对五个手指动作的同时监测。开发了多级应变识别的人机界面系统，可将不同的手势对应于不同的字母并显示，可通过对各种手势的识别来辅助解释手语。02脉搏信号检测脉搏是在体表能够触摸到的动脉搏动，是由心脏收缩时被挤压入动脉血管的血液对血管壁的冲击引起的，因此脉搏会与心脏具有相同的跳动规律，可一定程度上映射出心脏与血管的健康状况。Lin等人将构筑的压力传感器用于监测手指处的脉搏信号，从脉搏信号的放大图能够清晰的在每个脉搏波周期中辨别出三个特征波形(P波、T波和D波)，可通过波形中的时值和幅值对动脉增强指数(AIr)与P波和T波之间的时差()进行计算以评估动脉健康状况。进一步，对不同性别、不同年龄、孕妇和心律不齐患者等不同受试者在指尖处的脉搏信号进行监测。测试结果发现儿童与孕妇的心率要明显高于正常的脉冲频率，男性具有更强的P波与T波，老人的脉搏波相比于年轻人更加缓慢和微弱，心律不齐患者的脉搏波的形状和强度相对不规则且发生重叠。由于不同受试者的心脏功能和血管弹性的不同，脉搏波信号表现出不同的特征差异。因此，柔性压力传感器在心血管疾病的辅助临床诊断中可发挥重要的作用。03呼吸检测呼吸是人体重要的生命体征信号，利用压力传感器能够实现对呼吸频率、呼吸深度和呼吸间隔等参数的检测，可应用于睡眠呼吸暂停综合征、哮喘等疾病的诊断和监测。目前,利用柔性压力传感器对呼吸的监测方式为以下两种。如图所示，将器件直接贴附于鼻子下方或将器件嵌入到口罩中，两者均利用传感器对呼吸时的呼出气流所产生的压力信号进行检测。如图所示，另一种方式是将传感器固定于胸部或腹部，胸腔与腹腔会随着吸气和呼气过程而发生规律性的起伏并引起传感器的形变，从而实现对呼吸状态的监测。04声带振动检测声带是人类发声的主要器官，人之所以能够在说话时发出不同的声音，与声带的振动情况密切相关。高灵敏的柔性压力传感器能够实现对声带振动的检测并分辨出振动的微小变化,在声带神经和喉发音功能监测中可发挥出重要的临床应用价值。同时，声带振动中包含大量的语言信息，因此还可利用声带振动信号的差异进行语音识别。如图所示，将压力传感器贴附于喉咙处，当测试者读不同单词和内容时，传感器检测出的信号表现出不同的特征波形，而对于相同的发声内容的测试曲线则具有相同的特征波形,由此证明了传感器在语音识别中的潜在应用。05表情识别人类有十分丰富的面部肌肉,通过面部肌肉的运动可做出上千种不同的表情面部表情是准确传达情绪和感受的一种有效的交流方式，利用表情间细微的差别可传递大量的情感信息。如图所示，在研究中，利用所制备的高灵敏度应变传感器同时对面部皮肤上的六个不同位置的肌肉形变情况进行监测，实现对愤怒、厌恶、恐惧、大笑、悲伤、微笑、惊讶和放松的八种面部表情的辨别和分析。并发现嘴角、眼角和眉间是识别表情变化的最主要的三个部位通常消极的表情主要引起眉间肌肉运动，喜悦的表情主要引起眼角的肌肉运动而恐惧和惊讶的表情促进嘴角肌肉的运动等等。06结语无论是在日常生活中监测健康状态，还是在医学诊疗中辅助判断病情和掌握病人体征参数柔性传感器都发挥着不可替代的作用。由柔性传感器制成的可穿戴设备被广泛