薄如蝉翼，传感敏锐——可监控睡眠质量、计数步伐、监测运动强度的传感器

文/刘婷婷

法国里昂研法姆苏（FAMU-FSU）工程学院与法国国立应用科学学院联合研发出一种前所未有的运动传感器，称之为巴克纸传感器。据称，这种新型的可穿戴微型移动传感器功能全面、价格低廉，他们预测未来这种产品将无处不在。这些运动传感器可分别安装到床单和鞋以及运动装上，以达到监控睡眠质量、追踪散步计数和根据姿势测量运动强度等目的。

前苏联高性能材料研究所工程师曾与法国里昂（国家科学院）国立应用科学学院的科学家在该领域进行过合作。他们对这种先进的运动传感器，从非寻常的性能到它成本低廉的制造过程，都一一进行了详细介绍。这一研发被认为极具前景，不久将刊登在《材料与设计》杂志上。这种传感器由巴克造纸制品公司生产，它薄如蝉翼、高纯度且极耐用，属于碳纳米管柔性材料。

这种被称为巴克纸传感器的新型产品的问世，标志着纺织行业又一异军突起，因为它催生了可穿戴的多功能化，使纺织行业的技术水平显著提升。此前大多数可穿戴传感器要么过于粗糙，要么过于死板，无法可靠监测人体等复杂结构。

法国高性能材料研究所主任、法苏大学工程学院教授理查德·梁称，“我们当前的技术有了质的飞跃，传感器技术要求相对苛刻，它必须柔韧灵活，伸缩自如，价格实惠。这种新型传感器不仅功能强大，而且制作成本低廉。这是一项巨大的创新，同时它也为该行业的技术发展带来了无限的可能。”

这种巴克纸传感器还可以打印，但应用范围目前还十分有限。它小巧低调的设计可分别“藏身于”床单、鞋及运动服上，以达到监控睡眠质量、计数步伐和根据姿势测量运动强度等目的。

研究人员还对可穿戴技术领域之外的潜在应用进行了预测。比如在软机器人技术领域，这种材料可促进生产出反应灵敏、具有自动调整功能的人造肌肉。此外，这种可伸缩的传感器还极大地促进了未来“物联网”的发展，今后所有个人电脑、设备、服装、家具和家用电器都将与物联网连接，在云端自由交流信息将不再是梦想。毋庸置疑，巴克纸传感器的应用领域将会越来越宽广。

该研究的主要负责人博士生约书亚·德格拉夫说道，“这种材料可用于结构健康监测、可穿戴技术以及两者间的任何领域。一想到这将为人们的日常生活带来不容忽视的巨大变化，我的激动与振奋之情就无以言表。”

这种新型的传感器把银墨电极和一条仅7微米厚的巴克纸结合起来，由普通的商用喷墨打印机打印而成，最终得到的是一种近乎完美的金凤花姑娘（形容刚刚好）传感器：这种传感器比常见的柔性金属传感器更为灵敏，却又不像灵敏更高的普通半导体传感器那样僵硬笨重。

可穿戴式的巴克纸传感器巧妙地将各种理想的性能结合为一体，即便是极其细微的动作和张力都能精准检测，达到高度灵敏而又浑然天成。通过观察拉伸或弯曲材料时电阻的变化值，测出这种传感器的灵敏度。与普通商业传感器相比，这类传感器的灵敏度是其8倍之多，也许比其他碳纳米管传感器高出75%。

随着可印刷传感器技术的不断发展，研究人员希望能对极为纤薄的材料在厚度上做进一步的提升，使其得以更好地融于舒适无束缚的服装中。为此，还需要对复杂的模型结构进行额外测试，以确保材料可迎合各种人体曲线和构造。虽然此项技术还不完全成熟，研发的黄金时期尚未到来，但研究人员对其发展前景仍然满怀希望信心十足。

最令人欣慰的是，这已成为人工智能穿戴至关重要的一步。它虽然还并未完全实现，但已在实验室里研究成功，这已非常不简单，因为它为相关的产品铺设了崭新的道路。

消费者向来追求物美价廉的产品，而这种材料恰恰能满足其需求。这是一项充分获得国际支持的科研项目。该项目先后获得美国佛州教育基金会麦克奈特博士奖学金支持、美国国家科学基金会可伸缩纳米制造技术项目和奥弗涅罗讷-阿尔卑斯“CMIRA Accueil博士”奖学金项目的联合赞助支持。因此，这可谓是一项国际联合研发的结晶。