编者按：近年来，随着MEMS、电子、无线通信等技术的飞速发展，智能可穿戴设备中的柔性传感器已成为研究的热点。柔性传感器具有轻薄便携、电学性能突出、集成度较高等特点，这些特点将影响着未来可穿戴设备的功能设计与发展方向。在本文中，作者通过中国专利文献检索，对智能可穿戴设备中的常用柔性传感器及其应用进行了介绍。
原标题：智能可穿戴设备中的柔性传感器及其应用
常见柔性传感器
目前，柔性传感器可分为柔性压力传感器、柔性应变传感器、柔性气敏传感器、柔性光纤传感器等几大类。
柔性压力传感器包括电容式、压阻式、压电式等，其所用的基础材料包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。笔者通过检索发现，上海集成电路研发中心有限公司提交的一种柔性有源压力传感器结构及制备方法的专利申请，利用半导体性单壁碳纳米管作为沟道材料，构建起柔性有源场效应晶体管。同时，苏州能斯达电子科技有限公司提交的一种柔性传感器阵列的专利申请，通过采用基于纳米材料的三维孔状结构，能够同时采集多点压力数据，保证柔性传感器阵列的高灵敏度和信噪比。
对于柔性应变传感器来说，其是一种利用“应变-电阻效应”制成的传感器，可将被测试物体上的局部变形应变装置转换成直观可测的电阻变化。近年来，市场上出现了一些采用新型材料制造的柔性应变传感器，具有代表性的是大连理工大学提交的一种基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的专利申请，其是以棉布等常见纺织品为原材料，经过高温碳化后，利用柔性衬底作为保护层和外包装，制成可穿戴应力传感基本单元的柔性传感器。
从柔性光纤传感器来看，目前国内外许多学者将光纤织入纺织品中，构成光纤传感器，它在感知压力、速度、温度、电场等信号的同时，还不会影响到纺织品本身轻质、柔软的特性。该技术最具代表性的要数天津工业大学提交的一种基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装的专利申请。该专利申请是由光纤脉搏传感织物由内层织物、中间层织物、外层织物、柔性填充物和光纤压力敏感单元组成，其可在复杂的电磁辐射环境下，对人体体征进行监测。
此外，柔性传感器还包括了多功能的柔性集成传感器。面向可穿戴设备的传感器往往需要实现对多个信号的同时探测，因此开发构建新型低功耗的多功能传感器是可穿戴设备发展的必然要求。在这方面，中国科学院化学研究所提交的一种柔性多功能传感器及其制备方法的专利申请比较具有代表性。
发展趋势及应用
柔性传感器在可穿戴设备的未来发展中，将发挥举足轻重的作用。柔性传感器能给人体健康带来诸多益处，比如可以进行生理参数检测、运动检测、动作姿态和语音识别检测及环境检测等。
从生理参数检测来看，随着社会的快速发展，健康问题越来越受到人们的重视。医学监护系统在实现系统功能更加全面、可靠的同时，如何实现系统微型化，使之具有便携性、可穿戴性，也日渐成为人们追求的目标。不久前，苏州能斯达电子科技有限公司研发的一种可穿戴柔性电子创可贴，可对人体生理健康参数进行检测。据了解，此项技术包括柔性创可贴衬底、柔性压敏传感器、微型无线模块和柔性薄膜电池等。
从运动检测来看，足底压力是反映人体形态特征的一个重要依据，对康复医学等众多领域有着重要的作用。近几年，国内多家单位发明了用于足底压力测试的可穿戴设备，如东华大学研发的足底压力测试装置及带有该装置的全织物鞋垫。该足底压力测试装置的传感器发生装置包括导电灯芯绒，通过监测导电灯芯绒的电压实现足底压力的检测功能。该鞋垫可用于步行、跑步、跳跃等任意频率的动态测试，还可与日常穿着的鞋类相结合，穿起来更为便捷、舒适。
从人体动作、姿态及语音识别检测来看，柔性穿戴式传感器的识别系统可以实时监测人体的动作情况，通过与现有的无线通讯技术相结合，识别系统不会受到检测地点的限制。浙江理工大学研发的一种基于柔性电子皮肤的互动式智能翻译系统及方法，颇具代表性。用户使用该系统读取英文单词或句子时，可以自动翻译成中文并将结果通过蓝牙耳机读诵出来，同时还可将该词组的用法、搭配等语法信息实时显示出来。
综上所述，随着材料、纺织、能源回收以及无线通讯等领域的进步，具有感知功能的可穿戴设备在市场上的数量不断增长，同时也愈发受到人们的关注。然而在柔性传感器快速发展的同时，其还存在着一些问题：如制备工艺、材料合成与器件整合的相关技术还不够完善；柔性传感器灵敏度、精准度、稳定性和柔软度有待进一步提升；在柔性传感器功能性方面，还需要进一步拓宽等。笔者相信随着相关物理、化学和信息基础技术的不断深入发展，柔性传感器必将拥有广阔的发展前景。（吴敏）
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（文章来源：中国知识产权报）
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