薄如蟬翼，傳感敏銳
——可監(jiān)控睡眠質(zhì)量、計(jì)數(shù)步伐、監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的傳感器

文/劉婷婷

法國(guó)里昂研法姆蘇（FAMU-FSU）工程學(xué)院與法國(guó)國(guó)立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院聯(lián)合研發(fā)出一種前所未有的運(yùn)動(dòng)傳感器，稱之為巴克紙傳感器。據(jù)稱，這種新型的可穿戴微型移動(dòng)傳感器功能全面、價(jià)格低廉，他們預(yù)測(cè)未來這種產(chǎn)品將無處不在。這些運(yùn)動(dòng)傳感器可分別安裝到床單和鞋以及運(yùn)動(dòng)裝上，以達(dá)到監(jiān)控睡眠質(zhì)量、追蹤散步計(jì)數(shù)和根據(jù)姿勢(shì)測(cè)量運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等目的。

前蘇聯(lián)高性能材料研究所工程師曾與法國(guó)里昂（國(guó)家科學(xué)院）國(guó)立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家在該領(lǐng)域進(jìn)行過合作。他們對(duì)這種先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)傳感器，從非尋常的性能到它成本低廉的制造過程，都一一進(jìn)行了詳細(xì)介紹。這一研發(fā)被認(rèn)為極具前景，不久將刊登在《材料與設(shè)計(jì)》雜志上。這種傳感器由巴克造紙制品公司生產(chǎn)，它薄如蟬翼、高純度且極耐用，屬于碳納米管柔性材料。

這種被稱為巴克紙傳感器的新型產(chǎn)品的問世，標(biāo)志著紡織行業(yè)又一異軍突起，因?yàn)樗呱丝纱┐鞯亩喙δ芑辜徔椥袠I(yè)的技術(shù)水平顯著提升。此前大多數(shù)可穿戴傳感器要么過于粗糙，要么過于死板，無法可靠監(jiān)測(cè)人體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

法國(guó)高性能材料研究所主任、法蘇大學(xué)工程學(xué)院教授理查德·梁稱，“我們當(dāng)前的技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，傳感器技術(shù)要求相對(duì)苛刻，它必須柔韌靈活，伸縮自如，價(jià)格實(shí)惠。這種新型傳感器不僅功能強(qiáng)大，而且制作成本低廉。這是一項(xiàng)巨大的創(chuàng)新，同時(shí)它也為該行業(yè)的技術(shù)發(fā)展帶來了無限的可能?！?/p>

這種巴克紙傳感器還可以打印，但應(yīng)用范圍目前還十分有限。它小巧低調(diào)的設(shè)計(jì)可分別“藏身于”床單、鞋及運(yùn)動(dòng)服上，以達(dá)到監(jiān)控睡眠質(zhì)量、計(jì)數(shù)步伐和根據(jù)姿勢(shì)測(cè)量運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等目的。

研究人員還對(duì)可穿戴技術(shù)領(lǐng)域之外的潛在應(yīng)用進(jìn)行了預(yù)測(cè)。比如在軟機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，這種材料可促進(jìn)生產(chǎn)出反應(yīng)靈敏、具有自動(dòng)調(diào)整功能的人造肌肉。此外，這種可伸縮的傳感器還極大地促進(jìn)了未來“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展，今后所有個(gè)人電腦、設(shè)備、服裝、家具和家用電器都將與物聯(lián)網(wǎng)連接，在云端自由交流信息將不再是夢(mèng)想。毋庸置疑，巴克紙傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越寬廣。

該研究的主要負(fù)責(zé)人博士生約書亞·德格拉夫說道，“這種材料可用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、可穿戴技術(shù)以及兩者間的任何領(lǐng)域。一想到這將為人們的日常生活帶來不容忽視的巨大變化，我的激動(dòng)與振奮之情就無以言表。”

這種新型的傳感器把銀墨電極和一條僅7微米厚的巴克紙結(jié)合起來，由普通的商用噴墨打印機(jī)打印而成，最終得到的是一種近乎完美的金鳳花姑娘（形容剛剛好）傳感器：這種傳感器比常見的柔性金屬傳感器更為靈敏，卻又不像靈敏更高的普通半導(dǎo)體傳感器那樣僵硬笨重。

可穿戴式的巴克紙傳感器巧妙地將各種理想的性能結(jié)合為一體，即便是極其細(xì)微的動(dòng)作和張力都能精準(zhǔn)檢測(cè)，達(dá)到高度靈敏而又渾然天成。通過觀察拉伸或彎曲材料時(shí)電阻的變化值，測(cè)出這種傳感器的靈敏度。與普通商業(yè)傳感器相比，這類傳感器的靈敏度是其8倍之多，也許比其他碳納米管傳感器高出75%。

隨著可印刷傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員希望能對(duì)極為纖薄的材料在厚度上做進(jìn)一步的提升，使其得以更好地融于舒適無束縛的服裝中。為此，還需要對(duì)復(fù)雜的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行額外測(cè)試，以確保材料可迎合各種人體曲線和構(gòu)造。雖然此項(xiàng)技術(shù)還不完全成熟，研發(fā)的黃金時(shí)期尚未到來，但研究人員對(duì)其發(fā)展前景仍然滿懷希望信心十足。

最令人欣慰的是，這已成為人工智能穿戴至關(guān)重要的一步。它雖然還并未完全實(shí)現(xiàn)，但已在實(shí)驗(yàn)室里研究成功，這已非常不簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼮橄嚓P(guān)的產(chǎn)品鋪設(shè)了嶄新的道路。

消費(fèi)者向來追求物美價(jià)廉的產(chǎn)品，而這種材料恰恰能滿足其需求。這是一項(xiàng)充分獲得國(guó)際支持的科研項(xiàng)目。該項(xiàng)目先后獲得美國(guó)佛州教育基金會(huì)麥克奈特博士獎(jiǎng)學(xué)金支持、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)可伸縮納米制造技術(shù)項(xiàng)目和奧弗涅羅訥-阿爾卑斯“CMIRA Accueil博士”獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目的聯(lián)合贊助支持。因此，這可謂是一項(xiàng)國(guó)際聯(lián)合研發(fā)的結(jié)晶。