利用透光率的可穿戴应变传感器有助于更好地测量物理信号

KAIST的研究人员开发了一种新型的可穿戴应变传感器，该传感器基于碳纳米管(CNT)嵌入弹性体的光学透过率的调制。 该传感器能够敏感、稳定和连续地测量物理信号。 这项技术，在3月4日的ACS应用材料和接口作为封面文章，显示了巨大的潜力，以检测微妙的人体运动和实时监测身体姿势的医疗应用。

可穿戴应变传感器必须具有高灵敏度、灵活性和延展性，以及低成本。 那些特别用于健康监测的产品也应与长期的固体性能挂钩，并在环境上保持稳定。 基于压电电阻和电容原理的各种可拉伸应变传感器已经被开发出来以满足所有这些要求。

传统的压电电阻应变传感器使用功能纳米材料，包括碳纳米管作为最常见的例子，显示出高灵敏度和伟大的传感性能。 然而，它们的长期稳定性和线性差，以及相当大的信号滞后.. 作为一种替代，压电电容应变传感器具有更好的稳定性，更低的迟滞，更高的延展性。 但由于压电电容应变传感器表现出有限的灵敏度和由周围环境中的导电物体引起的强电磁干扰，这些传统的可拉伸应变传感器仍然面临着尚未解决的局限性。

由机械工程系Inkyu Park教授领导的KAIST研究小组建议，光学型可拉伸应变传感器可以是解决传统压电电阻和压电电容应变传感器的局限性的一个很好的替代方案，因为它们具有较高的稳定性，并且不受环境扰动的影响。 该小组随后介绍了一种基于CNT嵌合弹性体光透射率变化的光学可穿戴应变传感器，进一步解决了传统光学可拉伸应变传感器的低灵敏度问题。

为了实现传感器的大动态范围，朴教授和他的研究人员选择Ecoflx作为弹性体基板，具有良好的机械耐久性、灵活性和对人体皮肤的可附着性，研究小组开发的新型光学可穿戴应变传感器实际上显示了0到400%的宽动态范围。

此外，研究人员还将嵌入在Ecoflx衬底上的多壁碳纳米管薄膜内的拉伸应变下的微裂纹扩展，改变了薄膜的光学透过率。 通过这样做，他们可以开发一种比传统光学可拉伸应变传感器具有10倍灵敏度的可穿戴应变传感器。

该传感器也通过了耐久性试验，取得了优异的效果。 传感器在13，000套循环加载后的响应是稳定的，没有任何明显的漂移。 这表明，即使传感器在长时间和各种环境条件下反复使用，传感器响应也可以不退化地使用。

利用所开发的传感器，研究小组可以测量手指弯曲运动，并将其用于机器人控制。 他们还开发了一种用于身体姿势监测的三轴传感器阵列.. 该传感器能够监测人的运动与小应变，如脉搏接近颈动脉和肌肉运动围绕嘴在发音。

朴教授说：“在本研究中，我们小组开发了一种新的可穿戴应变传感器平台，克服了以前开发的电阻、电容和光学型可拉伸应变传感器的许多局限性。 我们的传感器可以广泛应用于各种领域，包括软机器人、可穿戴电子产品、电动皮肤、医疗保健甚至娱乐。

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