一种用于耳部健康监测和音频交互的智能多功能石墨烯皮肤贴片

研究背景

长期暴露于噪音环境或不当使用耳机可能导致听力损伤、耳道炎症等健康问题。尽管现有可穿戴设备（如无线耳电传感器）可监测耳部生理信号，但大多仅停留在“发现问题”阶段，缺乏“解决问题”的能力。例如，劣质耳机需通过提高音量补偿音质缺陷，进一步加剧听力损伤风险。因此，亟需一种集健康监测与高品质音频交互于一体的创新方案，从源头保护耳部健康。激光诱导石墨烯（LIG）因其优异的电学与声学性能，已被用于传感器和热声器件，但现有研究多聚焦单一功能（如压力传感或声学输出），尚未实现多模态协同。此外，传统热声器件存在低频谐波失真严重、功耗高等问题，限制了其在可穿戴设备中的应用。

创新点

清华大学计算机系孙富春教授课题组发表了用于多模态传感与高品质音频交互的智能石墨烯耳健康监测贴片（GSP）。第一作者为清华大学计算机系博士研究生孙豪。本文主要提出了以下突破：1、多模态传感集成：通过LIG的摩擦电、热敏与热声效应，实现耳道脉搏、温度实时监测与高保真音频输出，形成“监测-预警-干预”闭环系统。2、脉冲密度调制技术（PDM）：将总谐波失真（THD）从97.6%降至2.98%，显著提升低频音质，降低功耗50%以上。3、深度学习优化：利用卷积神经网络分析音频数据，识别准确率从47.1%提升至98.2%，增强人机交互可靠性。

文章解析

图1：GSP结构与多功能设计。a-c：贴片由PI织物、Nomex织物与LIG构成，贴合耳道实现生理信号监测与音频传输。LIG微孔结构（SEM图）与拉曼光谱证实其石墨烯特性。d-f：展示摩擦发电（TENG）、热敏（TS）与热声（TA）效应原理，分别对应脉搏检测、温度传感及声波生成功能。

读后感

作者推出了一种智能多模态石墨烯皮肤贴片，用于耳部健康监测和声学交互。优势与意义：GSP首次将监测、预警与交互功能集成于微型贴片，通过材料创新与算法优化，为耳部健康管理提供闭环解决方案。PDM技术突破低频失真瓶颈，可穿戴声学器件迈向高保真时代。未来方向：未来，团队将进一步验证长期佩戴舒适性与生物相容性，集合大语言模型，并探索个性化健康数据分析模型。这项研究不仅为智能可穿戴设备树立新标杆，更为“主动健康”理念提供了创新范式。

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

An intelligent multifunction graphene skin patch for ear health monitoring and acoustic interaction

来源：WEST可穿戴电子