一、突破傳統瓶頸：全新 STS 系統開辟技術新路徑

傳統人體運動監測設備長期受困于體積大（通常超 10 cm3）、剛性高的短板，難以緊密貼合肘關節、膝關節等動態關節，導致 1° 級細微動作監測精度不足，無法滿足日常健康管理的 “無感 + 精準” 需求。針對這一行業痛點，近日，嘉善復旦研究院作為第一單位，聯合復旦大學、北京航空航天大學等團隊在國際頂刊《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202514646）發表重要成果 —— 成功研發 “深度學習賦能的自供能可拉伸摩擦電傳感器（STS）系統”，為智能姿態監測及主動健康管理領域，提供了兼具高精度、高耐用性與場景適配性的全新技術路徑（圖1）。

圖1 可穿戴STS 系統的設計與工作原理

二、性能驚艷：1° 精度 + 10 萬次耐用

團隊通過MXene 分層協同設計實現關鍵突破：將MXene納米片精準集成至傳感器的電極層與摩擦電層 —— 電極層中 0.5 wt.% MXene 優化負載可使輸出電壓從 110 V 提升至 138 V，加速電荷傳輸；摩擦電層中 9 wt.% MXene 摻雜則進一步將電壓提升至 165 V，依托其強電負性（含豐富─F/─O 官能團）放大摩擦電荷生成效率。二者協同作用下，STS 實現1° 角分辨率與 0.56 V/° 角度靈敏度，性能顯著優于現有摩擦電角度傳感器 （圖2）。

圖2 STS基本角度傳感特性表征

更值得關注的是其超強耐用性與柔性適配性：即便經歷 10 萬次循環拉伸測試，STS 仍能維持穩定輸出，能可靠貼合人體關節動態活動。這一性能在圖 3 中得到系統驗證：通過有限元模擬與實驗結合，清晰解析 “接觸起電 - 靜電感應” 傳感機制，外部位移下電勢變化與實際信號高度吻合；100% 應變單 / 雙軸拉伸測試中，輸出電壓穩定保持；50 N 載荷下經 10 萬次循環仍無明顯性能退化，證明STS整個器件的穩定耐用性。此外，其能量收集能力同樣亮眼：輸出功率達 1.6 W/m2，是未添加 MXene 器件的 2 倍，不僅能點亮 48 串 “JSFD” 字符 LED，為無外接電源場景下的可穿戴姿態監測，夯實了自驅動技術基礎（圖 3）。

圖3 STS器件的基本電學性能

三、場景落地：從 AR 健身教練到頸椎健康保鏢

依托硬核性能，STS 系統已實現多場景 “監測 - 反饋” 閉環落地，讓智能姿態管理走進日常：

（1）健身康復：AR 實時矯正動作：將 STS 貼附于肘關節、膝關節，與 Unity 開發的增強現實（AR）虛擬界面聯動 —— 傳感器實時捕捉關節彎曲角度，通過虛擬 avatar 同步反饋動作標準度：當手臂垂直彎曲角度不足時，界面提示 “Not good”；角度達標時更新為 “Nice”；精準匹配預設動作則顯示 “Perfect”，如同私人教練實時指導，大幅提升訓練科學性（圖4）。

圖4 AR健身實時監測與動作反饋

（2）頸椎健康：14 種姿態智能預警：：團隊針對性開發2×2 十字形可拉伸摩擦電傳感器陣列（STSA），創新引入圖案化屏蔽層（PSL）并接地，有效抑制非傳感區域信號串擾，可精準識別低頭、轉頭、側傾等頸椎細微姿態。一旦檢測到超閾值疲勞姿勢（如持續低頭超 30 秒），手機端會同步觸發彈窗與聲音提醒，及時規避頸椎勞損風險。目前，團隊已將訓練完成的 1D 卷積神經網絡（1D-CNN）模型，通過 TorchScript 格式轉換部署至智能手機端，實現移動端實時推理 —— 對 14 種頸椎姿態的識別準確率達98.7%，真正構建 “實時監測 - 智能識別 - 即時預警” 的閉環管理（圖5）。

圖5深度學習賦能的可拉伸摩擦電傳感器陣列（STSA）系統智能識別

嘉善復旦研究院智能觸覺傳感團隊，長期聚焦 “柔性電子 + 智能感知” 交叉研究領域，已構建 “傳感硬件-信號處理-智能反饋” 一體化技術體系。團隊依托產學研協同平臺，可面向消費電子（如可穿戴健康設備）、工業機器人（如柔性觸覺抓手）、醫療健康（如康復訓練監測）等領域，提供定制化傳感解決方案，開展聯合攻關與成果轉化合作，助力多行業實現智能感知升級，用技術創新守護民生健康與產業升級。

來源：嘉善復旦研究院