柔性可穿戴应变传感器是未来物联网不可或缺的基本核心组件之一,在健康监测、姿态识别、工程材料机械形变监测、人机接口以及软体机器人等领域具有巨大的应用潜力。目前,大多数柔性可穿戴应变传感器将机械形变转换为电流或电压等电信号。这类可穿戴传感器往往需通过复杂布线与大型设备相连,以进行数据收集和处理,导致高功耗、信号读取延迟、工作范围受限、用户体验不佳,严重阻碍了此类可穿戴应变传感器的实际应用。与传统可穿戴应变传感器相比,柔性力致变色/力致发光应变传感器可将应变信号转化为颜色信号。智能手机等移动设备可通过摄像头直接捕捉由应变引起的颜色变化,无需复杂的布线或无线通信单元即可将信号传输至数据采集和处理模块,可极大降低传感器制造和使用难度与成本。通过用户友好的智能手机应用程序或用户界面,可实现与人工智能深度学习数据处理系统的深度结合,实现应变数据的智能处理。因此,构建具有颜色数据自动采集、处理以及显示功能的柔性可穿戴智能比色应变传感系统具有重要意义。
复杂的布线、庞大复杂的数据采集设备以及传感数据现场快速解读的难题,极大限制了柔性应变传感器作为可穿戴设备的实际应用。为解决上述问题,中国石油大学(华东)张冬至、董炎等人通过智能手机将基于深度学习的颜色数据处理系统(CDPS)与三明治结构的柔性力致发光比色应变传感器(SFLC)薄膜相结合,开发了一种人工智能辅助的无线、柔性、可穿戴的力致发光比色应变传感器系统(AIFWMLS)。所构建SFLC薄膜结构简单,易于制造,具有优异稳定的力致发光性能。所构建CDPS系统通过智能手机可与SFLC薄膜深度集成,能够快速准确地提取并解读SFLC薄膜的颜色,将其转换为应变值,并自动校正因测试环境色温变化而产生的误差,显著提高了应变检测的准确性。该研究构建了基于AIFWMLS系统的智能手套手势识别传感器,展示了该型传感器在手势与姿态识别领域的巨大应用潜力。此外,该研究还展示了SFLC薄膜作为加密设备的应用潜能。该研究表明,以智能手机为媒介,将基于深度学习的人工智能数据处理系统与SFLC力致发光比色传感薄膜结合,可助力突破比色应变传感器“颜色到应变值转换”瓶颈,推动柔性可穿戴应变传感器从实验室研究走向消费市场。
