3D可拉伸“智能绷带”可简便精确测量人体状态

▲该设备与一枚一美元的大小相当。

据《自然·电子》（Nature Electronics）杂志8月13日刊发的一篇研究论文称，美国加州大学圣地亚哥分校领导的一个研究小组，通过将多层可拉伸的电路板堆叠并连接在一起的方式，开发制造出了一块可伸缩的电子集成贴片。这种柔软且柔韧的“3D可拉伸电子产品”能在保持轻薄和微型的同时承载与实现许多应用功能，虽然目前还在概念证明阶段，但它已经可以像绷带一样“戴”在生物皮肤上，并用于无线监控各种来自身体活动的电子信号，包括呼吸、身体运动、体温、眼球运动和心脏及大脑活动等。让人惊喜的是，这款厚薄和尺寸仅相当于一枚一美元硬币的设备在无线控制机械手臂方面还有巨大的应用潜力。

该论文的资深作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院纳米工程系和可穿戴传感器中心教授Sheng Xu介绍道：“我们的愿景是让可拉伸的3D电子产品像刚性电子产品一样具有多功能和高性能。”

为了提升该款可伸缩电子设备的性能和水平，Xu的团队着力于在纵向上而不是横向上打造这款产品。Xu解释道：“刚性电子产品可以利用不大的面积提供很多功能——它们可以轻易地由超过50层相连的错综复杂的电路板制造而成，而在其内部密集地封装着大量芯片和电子元件。我们的目标就是通过可伸缩的电子设备来实现这一目标。”

该项研究所开发的这一新装置由四层互连的、可伸缩的柔性电路板组成。每一层电路板都被嵌在高弹体的硅胶基板上，这种基板的构造被称为“岛-桥”设计，顾名思义，其中每个“岛”都是一块连接在弹性体上的微型刚性电子部件（诸如传感器、天线、蓝牙芯片、放大器、加速度计、电阻、电容、电感器等等）。这些“岛屿”由细长的弹簧铜线制成的、可伸缩的“桥梁”连接在一起，从而在不损害电子功能的情况下让电路板可以被拉伸、弯曲和扭曲。

该研究团队把这款还处在概念验证阶段的可拉伸3D电子器称为“智能绷带”（smart bandage）。使用者可以把它贴在身体的不同部位，进而无线监控来自人体不同的电信号。当被佩戴在胸部或腹部时，它会像心电图一样记录心脏信号；当被贴在前额上时，它会像微型脑电图传感器一样记录大脑信号；当被贴在头部的一侧时，它会记录眼球运动状态；当被戴在前臂上时，它可以记录肌肉活动，还可以用来远程控制机械手臂。智能绷带还具有监测呼吸、皮肤温度和身体运动的功能。

该论文的联合第一作者、该团队中的访问博士生Zhenlong Huang指出：“对于所有这些同时具备的功能，我们还没有确定一个具体的最终用途，但关键是，我们可以在这一个小小的绷带上集成所有这些不同的感知能力。”

到目前为止，这种智能绷带的使用寿命可以维持超过6个月，在这其间，它的性能、弹性和柔韧性方面不会有任何下降的现象。它还可以与10米外的智能手机或笔记本电脑进行无线通信。该设备的总功率约为35.6毫瓦，相当于7个激光指针的功率。该团队将与工业合作伙伴一起优化和完善这项技术，他们希望将来能在临床环境中对其进行测试。

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 编译：朱明逸 审稿：alone  责编：程建兰

期刊来源： 《自然·电子》Nature Electronics

原文链接： https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180813113320.htm

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