江南大学惊艳！柔性传感纺织品用于全身虚拟触觉

概述图：基于分形结构、纱线捻曲和针织结构设计的触觉纺织品及其应用。

柔性器件因其优异的适形性、适应性和穿戴便捷性与舒适性等优点，在智能医疗和智慧生活系统中具有更广的应用前景。可穿戴触觉传感器件在材料科学、柔性电子和纳米技术的推动下，其灵敏度、量程、规模尺寸以及空间分辨率等基础性能得到了迅速提升。然而，同时实现高性能的触觉感知、全躯体的大面积传感、持久的穿戴舒适性、低成本的规模化制备等仍然存在挑战，因而阻碍了可穿戴纺织品的商业化普及与应用。

本文，江南大学孙丰鑫、苏旭中 教授团队与德雷塞尔大学Iqbal M.I.团队在《ACS Applied Materials＆ Interfaces》期刊发表名为“Industrially Scalable Textile Sensing Interfaces for Extended Artificial Tactile and Human Motion Monitoring without Compromising Comfort”的论文，研究从纱线微细结构到织物编织结构的跨尺度设计出发，结合材料发泡和纱线捻曲的多级分形结构与针织双轴嵌入结构的工艺设计，实现了纺织压力传感界面的一体化无缝集成。制备的纺织压力传感界面具有高灵敏度、高稳定性和低滞后的阵列传感单元，同时保证了优良的透气性和透湿性，从而最小化对长期穿着舒适性的影响。

此外，基于机器学习训练，传感纺织品可以准确地预测身体姿势以及进行运动步态分析，在个性化行为检测和智能人-环境交互等方面具有可观的应用前景。该项工作可为纺织可穿戴柔性传感器件设计制造一体化的制作及功能稳定集成提供新思路。江南大学纺织研究所研究生王法猛为论文第一作者。

图文导读

图1、分层结构和可扩展的纺织触觉传感系统概述

图2、压阻传感单元的性能表征

图3、触觉传感纺织品的可扩展制备及性能表征

图4. 压阻纱线的几何螺旋结构建模与分形/孔隙结构诱导的传感机理解析

图5. 人体步态分析和基于机器学习的姿态预测

小结

该研究借助纱线微细结构到织物编织结构的跨尺度设计，通过工业化生产路径实现高度可扩展的触觉感应纺织品的无缝集成和功能融合，完成柔性传感纺织品设计-结构-功能一体化制备。该触觉传感纺织品在具有良好的传感性能和机械性能的同时，保持了良好的穿着舒适性。可以完成连续监测和反馈人体行为，进行人-环境的交互感应和人体步态的实时感知与现实。此外，机器学习辅助的触觉感应纺织品可以准确预测人体步态特征和身体姿势，有望促进智能纺织品在个性化医疗保健和人类行为分析中的应用。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.4c00423