科技日報(bào)記者 頡滿斌 通訊員 余若怡

記者4月24日從蘭州大學(xué)獲悉，該校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蘭偉教授、靳志文教授，以及美國俄亥俄州立大學(xué)李婧華教授組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，成功研制出一種高集成度、自供能、無線智能鞋墊，可實(shí)現(xiàn)足底壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測與多運(yùn)動(dòng)狀態(tài)精準(zhǔn)識別。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

步態(tài)能夠反映人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、健康水平及潛在病變風(fēng)險(xiǎn)，步態(tài)監(jiān)測不僅能應(yīng)用于心力衰竭、帕金森病、腦卒中等疾病的早期篩查和康復(fù)評估，也可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)姿態(tài)糾正、跌倒預(yù)警等。“以智能鞋墊為載體的足底壓力傳感監(jiān)測系統(tǒng)，因其便攜性與易集成性，在智慧醫(yī)療領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人蘭偉介紹。

為實(shí)現(xiàn)足底壓力監(jiān)測以及步態(tài)的實(shí)時(shí)可視化分析，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種高集成度、自供能、無線智能鞋墊。該鞋墊集成22路壓力傳感器，可實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的壓力映射，在智能手機(jī)端上便能完成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化。集成到智能鞋墊中的壓力傳感器采用雙非線性協(xié)同策略，展現(xiàn)出優(yōu)異的線性度和高穩(wěn)定性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種柔性鈣鈦礦太陽能電池，可將其貼附于鞋面，該電池可將太陽能轉(zhuǎn)換成電能并儲存在鋰電池中，實(shí)現(xiàn)智能鞋墊的自供能運(yùn)行。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步采用支持向量機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過AI精準(zhǔn)識別包括坐、站、走、跑等8種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

相比依賴昂貴設(shè)備與復(fù)雜工藝的光刻等微納加工技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)采用方糖模板構(gòu)建三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯著降低了制備成本與技術(shù)門檻，為規(guī)模化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

該研究成果通過材料選擇、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化及軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，構(gòu)建了涵蓋能量采集、存儲與供應(yīng)，信號感知、傳輸與可視化，以及器件制備、集成與應(yīng)用的多維度可穿戴系統(tǒng)解決方案。“未來有望通過集成多模態(tài)傳感器進(jìn)一步拓展足部生理信號的監(jiān)測維度與深度。”蘭偉表示。