研究人员发明可穿戴型弹性光纤可精准测量到人们的每一次呼吸

2017-10-18 10:58

谈及各种可穿戴设备，其传感器所测量数据的精准度是一个很关键的因素，也是人们极为关注的一个性能。

最近，来自清华大学精密测量技术和仪器国家重点实验室的Changxi Yang团队在《Optica》杂志上发表了一项研究，首次演示了一种有弹性的光纤，能够对人体大范围的运动进行传感。

事实上，光纤传感器早已问世，并已经被应用于建筑物和桥梁的测量。但是，值得注意的是，因为目前的光纤传感器多是由玻璃或是脆性塑料所制成的，如果几度变形，其将会受到损伤，因此其很难被应用于可穿戴设备上，毕竟很多时候，人类的手、脚等部分都是弯曲或是形变的。

为了解决“弯曲”这个问题，Yang和他的学生Jingjing Guo和Mengxuan Niu共同开发了一种由硅制成的纤维，是一种叫做聚二甲基硅氧烷（PDMS）的软聚合物。

研究人员发明可穿戴型弹性光纤可精准测量到人们的每一次呼吸

在制作过程中，他们将液体硅胶成管状模具加热到 80℃40 分钟，然后使用水压力推动纤维模具的一端制造了纤维。而在测试过程中，即使将PDMS反复拉伸到长度加倍500次，其仍然可以恢复到原来的长度。

之后，研究人员将一种叫做罗丹明B的荧光染料混入硅胶中。当光线穿过纤维时，一些光被染料吸收——纤维拉伸的越多，染料吸收的光就越多。所以简单地用分光镜测量透射光，就能测量出纤维被拉伸或弯曲的程度，从而反映出任何它所贴附的身体部位的运动情况。

Yang表示：“所有的结果表明，光学应变传感器可以用来监测各种人类运动，并可能为人机界面的探索提供一种新的方法。”

在最终的测试过程中，研究人员将这一纤维粘在橡胶手套上，然后穿着者弯曲和伸展手指来监测它。结果显示，哪怕是人们的呼吸或是说话时颈部肌肉的微小运动，该纤维都变现出了相当不错的成绩。

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