一、文章概述
从轻微到全身各种幅度和速度的人体运动（例如弯曲和伸展）都包含各种重要的生理健康信息，而该生理健康信息通常与疾病密切或潜在相关。此外，办公室人员现在每天要长时间坐着。长时间保持这种单一姿势可能会导致脊椎疾病以及身体疲劳，这是导致背痛风险显着增加的主要因素。根据最近的研究，超过60％的美国人和50％的欧洲人将在生活中的某个时候经历背部和颈部疼痛。更糟糕的是，这种患病史正在向年轻化推进。
近日，中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所Zhong Lin Wang和Wei Tang老师研究团队通过结合可伸缩的徽章卷轴和光栅结构的摩擦纳米发电机（TENG），开发出一种小体积、高精度的可拉伸传感器，用于可穿戴和实时监控人体运动，具有8 V/mm的拉伸灵敏度、0.6 mm的最小分辨率、低滞后性和高耐用性（超过12万次循环）。相关研究工作以题为“Sensing of joint and spinal bending or stretching via a retractable and wearable badge reel”发表在国际顶尖学术期刊Nature Communications (IF=12.121)上。
研究人员通过实验和理论研究，验证了该设备的关键功能。监测人类日常活动和锻炼的研究表明，该传感器可实时记录膝盖/手臂弯曲、脖子/腰部扭曲等的功能。研究人员还在脊柱实验室中使用该设备，监视受试者的脊柱运动，并使用商用测斜仪和驼背仪验证了测量结果。可以预期，这种应用于脊柱监测的轻巧、精确和耐用的拉伸传感器，可帮助减轻长期异常姿势习惯诱发疾病的风险。
二、文章要点
（1）器件的设计：通过结合可伸缩的徽章卷轴和光栅结构的TENG，开发出一种小体积、高精度的可拉伸传感器，用于可穿戴和实时监控人体运动。该传感器保留了可伸缩卷轴的简单操作原理：两端放置在对象身上，随着人类对象的弯曲或伸展，它会伸长或收缩。随后TENG产生的电信号将被获取、处理，然后通过蓝牙发送到监控终端（例如手机）。
（2）器件的性能：该器件可与人体同步地伸展和收缩，表现出8 V/mm的高灵敏度、0.6 mm的最小分辨率、出色的耐用性（超过12万次伸展循环）和低滞后性。
（3）应用场景：通过该器件来记录关节运动，例如膝盖/手臂弯曲、脖子/腰部扭曲，证明了其实时监控功能。此外，通过将其沿脊柱固定，以检测脊柱形状的变化，从而将其潜在地应用于日常脊柱监测中。
图1：拉伸传感器的概念图、示意图、照片和分解图。
三、论文信息
Sensing of joint and spinal bending or stretching via a retractable and wearable badge reel |
Nature Communications (IF=12.121) |
Pub Date : 2021-05-19 |
DOI: 10.1038/s41467-021-23207-8 |
Chengyu Li, Di Liu, Chaoqun Xu, Ziming Wang, Sheng Shu, Zhuoran Sun, Wei Tang*, Zhong Lin Wang* |
CAS Center for Excellence in Nanoscience, Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China |
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