智能多功能石墨烯皮肤贴片，用于耳部健康监测和声学交互

1成果简介

长期暴露在有害的听觉环境中会导致严重的健康问题，包括听力损伤和耳道炎症。本文，清华大学孙富春 教授、福州大学夏圣垣 等研究人员在《Nano Energy》期刊发表名为“An intelligent multifunction graphene skin patch for ear health monitoring and acoustic interaction”的论文，研究提出了一种智能多功能石墨烯皮肤贴片（GSP），它集健康监测和高质量声学交互于一体，可应对这些挑战。GSP 由激光诱导石墨烯 (LIG)、PI 织物和 Nomex 织物组成，利用三电纳米发电机 (TENG)、热敏 (TS) 和热声 (TA) 效应提供外耳道健康的多模态传感，同时提供卓越的音频质量。GSP 具有快速响应和高灵敏度（1.286 kPa-¹），以及出色的耐用性（12,000 次），可精确监测脉冲和温度变化（4/ °C）。通过采用脉冲密度调制，我们将总谐波失真从 97.6% 显著降低到 2.98%，确保了低频下的卓越音质。此外，通过深度学习分析，声学数据处理的准确性从 47.1% 提高到 98.2%。GSP 的多功能性实现了综合健康监测和预警系统，增强了人机互动。这种创新方法不仅缩小了监测与康复之间的差距，还为可穿戴健康解决方案树立了新的标准。

2图文导读

图1.GSP 的结构设计和多功能应用。

图2.GSP 作为摩擦纳米发电机的工作原理、基本性能和在健康监测和人机交互中的应用。

图3.工作原理、基本性能和在 GSP 作为热敏剂的健康监测中的应用。

图4.GSP 作为热声扬声器的工作原理、基本性能和音质增强策略。

图5.通过深度学习实现高级语音识别。

3小结

综上所述，我们介绍了一种用于耳部健康监测和声学交互的智能多模态石墨烯皮肤贴片。GSP 主要由 PI 织物、NOMEX 织物和 LIG 组成。得益于 LIG 的多功能特性，这种轻质透气的 GSP 具有三电效应、热敏电阻效应和热声效应。当用于耳部健康监测时，GSP 能够及时检测耳道的脉搏和温度特征，并提出了监测-预警一体化方案。在声学交互应用中，通过优化 PDM，消除了谐波效应，显著提高了热声信号的音质，进一步保护了耳朵的健康。此外，便捷的力-声交互也为进一步开发多功能人机交互提供了可能。

这项工作不仅填补了用于耳朵健康监测和互动的电子皮肤领域的空白，还为多模态人机互动领域开辟了新的可能性。GSP 的开发标志着在创建可提供实时健康监测和交互功能的智能可穿戴设备方面迈出了重要一步，有助于推动个性化医疗保健和人机交互技术的发展。

　　文献：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110790

　　来源：材料分析与应用