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研究人员发明了一种可穿戴的弹性光纤,可以精确测量人的每一次呼吸

时间:2024-05-22 18:11:01 科技赋能

对于各种可穿戴设备来说,传感器测量的数据的准确性是一个非常关键的因素,也是人们所关注的一个性能极为关心。

近日,清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室杨长熙团队在《Optica》杂志上发表研究成果,首次展示了一种能够感知大范围人体运动的弹性光纤。

事实上,光纤传感器已经存在很长时间了,并已用于建筑物和桥梁的测量。

但值得注意的是,由于目前的光纤传感器大多由玻璃或脆性塑料制成,多次变形就会损坏,因此很难应用于可穿戴设备中。

毕竟,很多时候,人的手、脚等部位都是弯曲或者变形的。

为了解决“弯曲”问题,杨和他的学生郭晶晶和牛梦轩开发了一种由硅制成的纤维,硅是一种称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的软聚合物。

在生产过程中,他们将液体硅胶加热到管状模具中至80°C,持续40分钟,然后利用水压推动纤维模具的一端以产生纤维。

测试过程中,即使PDMS被反复拉伸至其长度的两倍,它仍然可以恢复到原来的长度。

然后研究人员将一种名为罗丹明 B 的荧光染料混合到硅胶中。

当光穿过纤维时,一些光被染料吸收——纤维拉伸得越多,染料吸收的光就越多。

因此,只需用分光镜测量透射光就可以测量光纤的拉伸或弯曲程度,从而反映其所附着的任何身体部位的运动。

“所有结果表明光学应变传感器可用于监测各种人体运动,并可能为人机界面的探索提供新方法,”杨说。

在最终的测试过程中,研究人员将纤维粘合在一起。

戴上橡胶手套,然后佩戴者弯曲和伸展手指来监控它。

结果表明,即使人们呼吸或说话时颈部肌肉有微小的运动,这种纤维也能表现良好。