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  目前，各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)的控制操作，從常見的照明開關(guān)到公共場所的電梯或銀行提款機，都是依靠觸摸式操作來完成的，然而，這種傳統(tǒng)的接觸傳感和操控會帶來不可避免的磨損和疲勞。通常，在一些醫(yī)院等特殊場合，傳統(tǒng)接觸式人機交互界面是多種細菌和病毒的潛在載體，極易造成用戶或醫(yī)療設(shè)施的污染，尤其是在全球新冠肺炎流行期間。濕度場是典型的非接觸空間影響物理場，受此啟發(fā)，可以利用濕度敏感機理來進行“隔空”檢測與操控。

  針對目前傳統(tǒng)接觸式人機交互存在的問題以及剛性人機交互界面在極端高形變，高扭曲場景中的局限性，劉景全教授與楊斌教授團隊通過靜電紡絲和超聲共融工藝，提出一種基于多層石墨烯(MG)超聲修飾靜電紡絲柔性尼龍(PA)66的電阻型濕度敏感體系，一方面通過納米纖維網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計有效提高比表面積、增強了基底的毛細作用，另一方面巧妙利用PA66本身分子化學(xué)結(jié)構(gòu)中大量的酰胺鍵易與水分子形成氫鍵作用的機理，使得復(fù)合材料極易“吸水變形膨脹”，從而造成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)變化，實現(xiàn)柔性濕度敏感。

圖1. MG/PA66復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能表征：（a）掃描電鏡圖，（b）相對電阻碎不同濕度變化的變化，（c）不同彎曲角度情況下材料電阻穩(wěn)定性，（d）四種不同的物理結(jié)構(gòu)形式(平的、折疊的、扭曲的和打結(jié)的)與它們分別在20 ~ 50%RH之間的循環(huán)響應(yīng)性能（e），以及在濕度階梯變化下20% RH- 50%RH- 80% RH- 50%RH - 20% RH）的響應(yīng)性能

  基于濕度敏感機制，通過檢測口鼻處呼吸濕度變化，該工作通過試試遠程檢測呼吸頻率的方法在一定程度上模擬了哮喘等呼吸急促場景，并且成功實現(xiàn)了遠程實時監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。

圖2. 哮喘遠程監(jiān)測預(yù)警模擬

  該工作利用濕度敏感機制來實現(xiàn)柔性非接觸的遠程監(jiān)測與非接觸操控系統(tǒng)，建立了不同情況下濕度變化與傳感器信號響應(yīng)的關(guān)系，實現(xiàn)了對環(huán)境或者人體皮膚表面小微濕度變化的準(zhǔn)確檢測，通過MEMS工藝構(gòu)建陣列式傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸多點檢測以及滑動手勢識別。通過進一步開發(fā)了后端電路與專用APP，利用濕度敏感效應(yīng)成功實現(xiàn)柔性非接觸式的人機操控系統(tǒng)，為柔性可穿戴非接觸傳感與操控提供了一個普適有效的方法。

圖3. 利用人體指尖小微濕度實現(xiàn)柔性非接觸操控

  以上相關(guān)成果發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.202100218）上。論文第一作者是上海交通大學(xué)電院微納電子學(xué)系博士研究生路禮軍和姜春蓬，通訊作者為上海交通大學(xué)電院微納電子學(xué)系智能感知與生物醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)實驗室（EE-MEMS）劉景全教授與楊斌教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100218