可穿戴传感器通过采集和分析运动中的生理信号，辅助实现运动疲劳评估、运动损伤预防和运动表现优化。其中，柔性材料具备的优异柔韧性、舒适性、导电性和稳定性，能够实现运动生理信号的长时程、连续性和稳定性采集，在不妥协运动自由度的前提下，提升可穿戴传感器在多种运动场景中的检测灵敏度、稳定性、便捷性。
近日，首都体育学院周志雄教授/北京理工大学陈煜教授团队在工程技术领域期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一区Top，IF：13.4）上发表了“Recent progress in flexible materials for wearable devices for body function and athletic performance monitoring”的长综述。文章分析了运动监测用柔性材料的分类、性能及应用进展，探讨了柔性传感器的功能、优势及挑战，并展望了其应用前景。首都体育学院博士生杨铭和副教授彭克林为论文的共同第一作者，周志雄教授和陈煜教授为论文的通讯作者。
可穿戴传感器通过采集和分析运动中的生理信号，辅助实现运动疲劳评估、运动损伤预防和运动表现优化。其中，柔性材料具备的优异柔韧性、舒适性、导电性和稳定性，能够实现运动生理信号的长时程、连续性和稳定性采集，在不妥协运动自由度的前提下，提升可穿戴传感器在多种运动场景中的检测灵敏度、稳定性、便捷性。本论文综述了柔性材料在运动监测中的应用进展，系统分析了不同类型柔性材料及柔性可穿戴传感器的性能和优势，并探讨了它们在运动监测中所面临的挑战和未来发展趋势。
柔性材料在运动监测中具有重要应用价值，常见的柔性材料包括导电聚合物薄膜、导电气凝胶、导电水凝胶和可穿戴导电纺织品。导电聚合物薄膜：具备优异的机械稳定性和导电性，能够适应身体运动变化并减少滞后时间，适用于关节运动、脉搏等信号的监测。导电气凝胶：具有优异的柔韧性、导电性和轻量性优势，能够在高压缩范围内实现对压力的高灵敏检测，适用于握持类运动、足底压力等信号的监测。导电水凝胶：具备优异的导电性和良好的生物相容性、粘附性能，能够完美贴合人体皮肤并感知微弱信号变化，适用于心率、体温等信号的监测。可穿戴导电纺织品：具有高灵敏性、可拉伸性和舒适透气的优势，能够实现完整的多向模量平面感知，适用于人体关节或肌肉运动等信号的多模式协调监测。
柔性传感器在运动场景中的应用日益广泛，特别是在人体生理数据和运动表现信号的实时采集与反馈方面。首先，柔性传感器能够高效地监测人体在运动状态下的生理信号，包括心率、血氧、生物电等生命体征信号，以及葡萄糖和乳酸浓度等生化信号。通过佩戴柔性传感器，可以实时掌握运动强度和恢复状态，及时规避运动风险。其次，柔性传感器也被广泛用于运动表现信号的监测，主要包括速度、力量等生物动力学信号，以及姿势、步态等生物姿态信号。通过将柔性传感器佩戴在腕部、腰部、腿部等关键部位，捕捉运动过程中的生物信号并提供实时反馈，从而优化训练并提升运动表现。此外，柔性传感器的应用已从传统的室内训练场景拓展至水下、冰雪等特殊环境中。柔性传感器能够连续、稳定的监测运动员身体生理指标，为运动员在极端环境下的训练提供全面的健康和表现数据支持。
（a）生命体征生理信号采集与监测；（b）生化信号采集与监测；（c）生物动力学信号采集与监测；（d）生物姿态信号采集与监测。在体育、物理医学和康复领域，柔性材料凭借其卓越的柔韧性和舒适性，正逐渐成为监测运动和健康的理想选择。柔性材料不仅具备防水、防汗和非侵入性等实用特性，还能与皮肤紧密贴合，确保数据的精准采集。然而，该领域也面临着诸多挑战，包括材料生物相容性、设备的小型化设计，以及实时数据传输等关键问题。但随着材料科学、传感技术和数据处理技术的不断进步，柔性传感器的未来充满了无限可能。结合人工智能等前沿技术，未来的传感器有望在灵敏度、精度和成本效益上实现重大突破；并通过多模态传感器的集成和数据处理的优化，克服动态监测的局限，推动柔性传感器向精准化、微型化发展，为运动表现评估、运动健康管理以及运动损伤预防等提供智能化方案与支持。本论文研究工作受北京市属高校新兴交叉学科平台项目支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159659
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