Sensor yang terinspirasi dari kulit merevolusi pemantauan muskuloskeletal

Seiring kemajuan pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan, permintaan akan sensor tekanan fleksibel yang menggabungkan sensitivitas tinggi, linearitas jangkauan penuh, dan akurasi tingkat medis terus meningkat. Kini, para peneliti dari Institut Teknologi Hijau dan Cerdas Chongqing, yang dipimpin oleh Prof. Chao Zhang dan Prof. Jun Yang, telah mengembangkan sensor tekanan iontronik (FIPS) mekanisme ganda yang terinspirasi oleh bioinspirasi yang meniru struktur kulit manusia yang memecahkan rekor linearitas dan sensitivitas untuk pemantauan beban muskuloskeletal secara real-time.

Mengapa sensor ini penting

• Respon ultra-linier: Mempertahankan R² > 0,997 pada 0–1 MPa, mengatasi trade-off umum antara sensitivitas dan linearitas pada sensor fleksibel.
• Akurasi tingkat medis: Mencapai 1,8% kesalahan dalam estimasi gaya reaksi tanah (GRF)-jauh lebih unggul daripada sensor nonlinier (kesalahan 6,5%).
• Dapat diskalakan & stabil: Menunjukkan reproduktifitas yang sangat baik, stabilitas jangka panjang, dan skalabilitas untuk integrasi insole yang cerdas.

Desain dan fitur inovatif

• Penginderaan mekanisme ganda: Menggabungkan ekspansi area kontak (∝P¹ᐟ³) dan modulasi konsentrasi ion (∝P²ᐟ³) untuk menghasilkan respons tekanan kapasitansi linier (C ∝ P).
• Struktur yang terinspirasi dari kulit: Menggunakan kain tenun iontronik yang tertanam dalam matriks poliuretan, meniru jaringan serat kolagen-elastis kulit untuk kemampuan adaptasi mekanis yang luas.
• LSF tinggi: Mencapai faktor penginderaan linier (LSF) sebesar 242.000—tertinggi yang dilaporkan hingga saat ini untuk sensor tekanan fleksibel.

Aplikasi dan kinerja

• Integrasi sol dalam yang cerdas: Memungkinkan pemantauan beban tibialis secara real-time selama berjalan dan berlari di berbagai medan (beton, lintasan, halaman rumput).
• Analisis gaya berjalan: Mengklasifikasikan kecepatan berjalan secara akurat dengan akurasi ~100% dan memprediksi stres tibialis dengan presisi tinggi.
• Daya tahan: Tahan >10.000 siklus pemuatan dan mempertahankan kinerja stabil di bawah variasi pembengkokan, kelembapan, dan suhu.

Kesimpulan dan pandangan

Karya ini memperkenalkan paradigma desain universal untuk sensor fleksibel linier berkinerja tinggi, menjembatani kesenjangan antara inspirasi biologis dan presisi teknik. Platform FIPS membuka jalan baru bagi biomekanik yang dapat dipakai, kedokteran olahraga, dan robotika rehabilitasi, menawarkan alat transformatif untuk prediksi risiko patah tulang secara dini dan pemantauan kesehatan muskuloskeletal yang dipersonalisasi.

Nantikan inovasi lainnya dari tim Prof. Chao Zhang dan Prof. Jun Yang di Institut Teknologi Hijau dan Cerdas Chongqing!