科研人员提出低约束穿戴式仿生传感策略

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来源：科技日报

科技日报记者 颉满斌

近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室功能润滑材料课题组联合多家单位，在低约束可穿戴传感器贴片研究方面取得新进展。研究团队将类芬顿反应与光固化3D打印技术相结合，实现了水凝胶可打印性与功能性的协同优化，并提出低约束穿戴式仿生传感策略，为发展自然、舒适、高效的新一代人机交互界面提供了理论和实验支持。相关研究成果发表于《先进材料》。

随着人工智能快速发展，人机交互正迈向更加自然、智能与沉浸式的具身交互新阶段。水凝胶因具有类皮肤柔韧性和优异生物相容性，在柔性压阻传感领域应用广泛，但高性能双交联水凝胶3D打印制造难以兼顾机械柔顺性与传感性能；同时，高密度传感阵列会增加机械约束和穿戴负荷，影响佩戴舒适性，而降低阵列密度又容易造成关键信号缺失。

针对上述问题，研究团队以异丙苯基二茂铁六氟锑酸盐为光引发剂，同步触发自由基与阳离子双重光聚合反应，成功制备出兼具高机械柔顺性与优异传感性能的石墨烯-铁离子动态配位海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶材料。该水凝胶拉伸强度达54.19kPa，电导率为0.92S/m，灵敏度高达1.582kPa-1，可检测低至0.01%的微小应变，响应时间和恢复时间分别为14.22ms和21.56ms。受蜘蛛通过蛛网远程感知微弱振动信号机制启发，研究团队进一步设计出十字形水凝胶压阻传感贴片，使单一传感贴片具备“单点多维”感知能力，在减少传感器数量和穿戴覆盖密度的同时，仍可完整采集人体运动信号。基于此构建的具身人机交互系统，可实现人体静态手势和动态连续手势的实时识别，准确率达98.60%，并稳定完成游戏人物操控、智能机械臂精准作业等复杂人机交互任务。