振動是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，振動信號中蘊含著豐富的信息，可以用于表征聲音、運動狀態(tài)、人體生理信息和機器運行狀態(tài)等。磁電式振動傳感器是檢測振動最常用的方法之一，這類傳感器能夠兼容較寬的濕度和溫度范圍，具有壽命長和耐用性高等優(yōu)良特性。小型化和柔性化是磁電式振動傳感器發(fā)展的重要方向，然而具有特定磁極序列的柔性永磁體限制了全柔性磁電式傳感器的實現(xiàn)。
鑒于此，天津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)柔性電子實驗室的黃顯教授團隊通過折紙工藝實現(xiàn)的磁性增強和可編程磁極序列的柔性永磁薄膜，結(jié)合柔性電子技術(shù)首次實現(xiàn)了一種全柔性磁電式振動傳感器。在此研究中，團隊將一個柔性磁振子置于由多層柔性線圈、環(huán)形柔性磁薄膜和彈性薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中（圖1a）。其中，環(huán)形磁膜通過折紙工藝實現(xiàn)，多層柔性線圈由柔性電子加工工藝制備而成（圖1b）。該傳感器能夠靈活安裝在皮膚和機器表面，實現(xiàn)動作檢測、語音識別、生理信號監(jiān)測和機器狀態(tài)評估等多種傳感功能（圖1c）。由于這一全柔性的微機電傳感器（MEMS）能夠承受重復(fù)的彎曲和變形，因此更適用于彎曲表面和可變形物體（圖1d）。
團隊對器件的磁場特性進行了仿真與測量（圖2a-d），實驗結(jié)果表明，折紙環(huán)形磁膜的引入不僅調(diào)節(jié)了磁場的整體分布，使磁場能夠覆蓋整個線圈所在的區(qū)域，并使器件整體的磁場強度增加了291%以上。此外，團隊構(gòu)建了器件的振動模型，在理論層面分析了器件結(jié)構(gòu)的有效性（圖2e）。
團隊展示了該器件在動作檢測、語音識別（圖3a-d）、生理信號傳感（圖3e-f）、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測以及機器狀態(tài)評估等多種場景下的應(yīng)用，展示了器件的多功能性。也展示了柔性電子技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，進行語音和機器狀態(tài)識別的可能性。
文中提出的全柔性MEMS傳感器為現(xiàn)有的多模態(tài)機械傳感器和能量采集器件提供了更多的選擇，可能會啟發(fā)更多生物傳感、物理傳感和能量采集器件的研究。
文章鏈接：
Yicong Zhao,?Shenghan Gao,?Xin Zhang,?Wenxing Huo,?Hang Xu,?Cheng Chen,?Jiao Li,?Kexin Xu,?Xian Huang.?Fully Flexible Electromagnetic Vibration Sensors with Annular Field Confinement Origami Magnetic Membranes.?Advanced Functional Materials.?2020, 2001553.?(https://doi.org/10.1002/adfm.202001553)
課題組鏈接：
