柔性可穿戴力学传感器在多种新兴领域扮演着重要角色,如可穿戴健康监测、柔性人机交互、人工电子皮肤、智能机器人等。就目前而言,多数柔性力学传感器使用压阻式、电容式、晶体管式或光学器件等有源式传感原理,将外部力学刺激(如压力、震动、形变等)编码到电阻、电容、晶体管参数或光学器件参数的变化当中。该类柔性力学传感器非常适合用于检测静态或缓慢变化的力学刺激,然而这些器件需要持续的能量供应,单个传感单元的能量消耗可高达几十毫瓦级别,限制其在可穿戴设备中的长期应用和规模化部署。相比之下,基于压电、摩擦电、离子电等无源式传感原理的柔性力学传感器在机械刺激下其自身即可产生电信号输出,具有超低的功率消耗。然而,这类力学传感器通常只对动态或瞬态的机械刺激产生响应,而难以用于监测静态或者缓慢变化的力学刺激。因此,如何设计、构建一种不依赖外部电源,且具有良好的静态刺激监测能力的传感原理和器件,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
近日,四川大学机械工程学院的吴晓东研究员、甘芳吉副教授和张顶成副教授合作,巧妙地利用身边随处可见的金属腐蚀现象,通过合理的材料选择、组分优化、结构设计和系统集成,成功研发了一种新型电化学柔性压力传感器,实现了对静态和低频动态力学刺激的无源式监测,在多种人体生理信号监测方面表现出良好的应用前景。相关成果以 “Facile Construction of Electrochemical and Self-Powered Wearable Pressure Sensors Based on Metallic Corrosion Effects” 为题,发表在国际著名期刊《Nano Energy》上(影响因子:19.1),论文第一作者为四川大学机械工程学院2019级本科生梁春。
本工作通过材料学、电化学、结构设计、电子技术、人工智能算法、可穿戴健康监测等多个领域的交叉与融合,探索和开发了一种简便、有效、经济节约、可规模化的新型力学传感器件,为未来可穿戴健康监测和柔性人机交互等领域提供了新原理和新方法。
文献链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522010321