ACS Nano：石墨烯-液态金属一体化多功能可穿戴平台助力运动监控和人机交互

运动传感器是许多电子系统的重要组成部分。然而，在软电子学领域，基于无疲劳软质量块的惯性运动传感器的发展还没有得到广泛的探索。镓基无毒液态金属是一类新兴的材料，表现出诱人的机电性能，使其成为惯性传感器的优良材料。

近日，阿卜杜拉国王科技大学Wedyan Babatain，Muhammad Mustafa Hussain展示了用于体力活动监测、医疗保健监测和软人类−机器界面的独立软集成多功能石墨烯传感平台的设计、制造和表征。

文章要点

1）该平台采用全软石墨烯涂层液态金属惯性传感器，采用3D环形通道架构。该阻性惯性传感器在1~30 m/s²的加速度范围内和低至0.167Hz的低频范围内工作时，具有6.52% m⁻¹ s²的高灵敏度。这种灵敏度比最近报道的基于印刷电阻的加速度计和基于液态金属的加速度计高2个数量级。

2）通过在其表面涂覆激光诱导的石墨烯颗粒，实现了高度防LM液滴的质量，从而使其具有高度移动性，同时保持高导电性和机械坚固性，从而实现了这一期望的性能。这一特性使得LM能够用作限制在疏水PDMS通道内的柔软浮动导电防护体，从而为自由移动的质量体创造振动空间。将LM防护质量与交叉型电阻LIG电极耦合，以测量施加在传感器上的外部运动。

3）在对传感器的可靠性、重复性和制造再现性进行表征之后，该传感器被集成到无线PSoC电路、信号处理电路、无线发射器和电池中。传感器的功能在三个不同的应用中进行了演示，包括监测人类身体和健康活动、腿部机器人活动，以及通过人机接口控制机械臂。整个平台是使用激光直接写入、3D打印和丝网打印等新兴制造技术制造的，提供了一种独立于先进微制造设施的无净室可扩展制造策略，以将其应用扩展到低资源设置和环境。

4）未来对开发平台的改进包括将整合到平台中的表皮传感器的类型扩展到除物理传感器之外的生化传感器，以便更准确和全面地反映身体的健康状况，用于医疗诊断和治疗。此外，需要结合诸如药物输送装置之类的致动单元以实现闭环式交互诊疗平台。一个理想的未来任务是通过集成能量收集单元来开发无电池兼容版本的平台。随着制造技术的改进，为了提高传感元件的整体性能，将需要当前平台的小型化。此外，在圆形通道之外开发更复杂的传感器体系结构将导致3D多角度运动监控。最后，微型机器学习算法和大数据分析可以整合到平台中，以运动模式识别和生命体征预测模式的形式提供反馈，以提供对可用于个性化治疗和预防的更深层次信息的洞察。

参考文献

Wedyan Babatain, et al, Graphene and Liquid Metal Integrated Multifunctional Wearable Platform for Monitoring Motion and Human−Machine Interfacing, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c06180

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06180