type
status
date
slug
summary
tags
category
icon
password

1.Chen, W. et al. Knotted Artificial Muscles for Bio‐Mimetic Actuation under Deepwater. Advanced Materials 2400763 (2024) doi:10.1002/adma.202400763.

notion image
notion image
具有高频率和高行程线性驱动的肌肉对于动物实现卓越的机动性、敏捷性和环境适应性至关重要。由于驱动速度、幅度、模式或适应性较差,人造肌肉尚未与生物肌肉相媲美。受天然肌肉层次结构的启发,人造肌肉功能强大、反应灵敏、坚固且适应性强。人造肌肉由 3D 打印液晶弹性体纤维和细加热线编织而成的结组成。数值模拟和实验均验证了独特的分层编织结结构可提供放大的线性行程、力速率和损伤容限。特别是,方结人造肌肉在水下 3000 米深度下以 1Hz 的频率显示出可靠的驱动周期。通过推进模型船展示了潜在的应用。展望未来,打结的人造肌肉可以赋予新颖的生物医学设备和软机器人探索各种环境的能力,从人体内部到神秘的深海。

1.Huang, Q. et al. Ion gradient induced self-powered flexible strain sensor. Nano Energy 126, 109689 (2024).

notion image
notion image
为了应对能源危害并减少应变传感器频繁更换电池,近年来开发了各种自供电柔性应变传感器(包括压电式、摩擦电式和电化学式)。然而,压电应变传感器和摩擦电应变传感器无法监测静态应变,而电化学应变传感器则面临性能下降的问题。在此,受离子梯度发生器的启发,构建了一种基于应变调节离子梯度策略的自供电柔性应变传感器。该传感器由涂有碳纳米管(CNT)的弹性纱线、LiCl滤纸(FP)和乳胶管封装组成。具有优异水分子吸收性能的LiCl-FP包裹在弹力纱的一侧,在传感器内形成高湿度区域。弹力丝未被LiCl-FP覆盖的部分水分子吸收性能较弱,在传感器内形成低湿度区域。传感器中的离子从高湿度区域定向移动到低湿度区域,形成离子梯度并产生电压/电流。测试结果表明,该传感器具有较宽的应变检测范围(0.5%~100%)和良好的重复性(1000次)。应变传感机制可归因于应变调节离子梯度和电阻应变效应。此外,通过监测呼吸来验证传感器的应变传感功能。这项工作为使用应变调节离子梯度开发自供电应变传感器开辟了新途径。

1.Ni, Y. et al. Environmental Stability Stretchable Organic Hydrogel Humidity Sensor for Respiratory Monitoring with Ultrahigh Sensitivity. Adv Funct Materials 2402853 (2024) doi:10.1002/adfm.202402853.

notion image
notion image
在这里,我们报告了一种高灵敏度、可拉伸、环境稳定的湿度水凝胶传感器。该传感器由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAAm)双网络作为水凝胶骨架材料,MXene作为湿度传感材料,甘油和水作为有机水凝胶的二元溶剂组成,表现出优异的低温性能。耐性和耐干燥性。具有吸湿特性的LiCl盐和MXene的协同作用使传感器具有优异的敏感性和稳定性。湿度水凝胶传感器具有高拉伸性(>3000%)、高灵敏度(−103.4%/% RH)、宽湿度监测范围(40%−85% RH)和快速响应(响应时间0.165 s/0.248 s恢复时间) 。这项工作为构建高性能水凝胶湿度传感器提供了新思路。

1.Yang, Y. & Shen, Y. A liquid metal-based module emulating the intelligent preying logic of flytrap. Nat Commun 15, 3398 (2024).

notion image
notion image
在这项研究中,我们提出了一个源自捕蝇草行为的信号累积/衰减(SAA)模型,并相应地引入了基于液态金属的逻辑模块(LLM)(图 1b,c)。该模块包括三个节点(阳极、栅极、阴极),以 NaOH 溶液中的液态金属作为导电介质(图 2a)。阳极和阴极之间的电位差由施加在栅极上的触发信号(正相关)和系统的毛细管电阻(负相关)决定,从而产生随时间变化的特性。我们的研究结果表明,法学硕士本身可以记住刺激的持续时间和间隔,计算累积的信号,并表现出类似于维纳斯捕蝇草的显着逻辑功能。这项工作不仅提供了对植物智能行为仿真的见解,还展示了使用生物信号模拟设计开发神经形态应用自主系统的潜力。

1.Li, P. et al. Reconfigurable optoelectronic transistors for multimodal recognition. Nat Commun 15, 3257 (2024).

notion image
 
notion image
在这项工作中,介绍了一种集成了多模态传感、存储和处理功能的 BSO-EGT。该设备可以模拟光和电刺激下可切换的短期和长期可塑性行为。紫外光照射下的时间尺度调制源于氧空位的产生,而 EDL 和离子迁移则在电压刺激下赋予可重构特性。因此,储层和神经网络都可以基于BSO-EGT构建。该设备具有多模式传感和处理能力,用于识别包含多种信息的 Fashion-MNIST 数据集。由于其多模态性质,融合信息识别比通过单信号处理实现的识别具有更高的准确性。我们进一步模拟了人类视听一体化的功能,展示了模仿生物多感官识别的优越性的潜力,准确率超过90%。

1.Mei, S. et al. High-density, highly sensitive sensor array of spiky carbon nanospheres for strain field mapping. Nat Commun 15, 3752 (2024).

notion image
notion image
虽然应变分布的准确映射对于工程应用中评估应力集中和估计疲劳寿命至关重要,但传统应变传感器阵列在平衡灵敏度和传感密度以实现有效应变映射方面面临着巨大挑战。在这项研究中,我们提出了聚二甲基硅氧烷上单分散尖刺碳纳米球阵列作为应变传感器阵列的福勒-诺德海姆隧道效应,可实现高达 70,000 的灵敏度、100 像素 cm -2的传感密度以及超过 99% 的对数线性度。 0% 至 60% 的宽应变范围。每个单元中尖刺碳纳米球的高度有序组装也保证了单元间的高一致性(标准偏差≤3.82%)。此外,该传感器阵列可以保形地覆盖不同的表面,从而能够准确获取应变分布。该传感阵列为在柔性电子、软机器人、生物力学和结构健康监测等各种应用中绘制应变场提供了一种便捷的方法。

1.You, S. S. et al. An ingestible device for gastric electrophysiology. Nat Electron 1–12 (2024) doi:10.1038/s41928-024-01160-w.

notion image
notion image
可摄入电子传感器提供了一种非侵入性方法来监测生理信号21、22 它们可以通过口腔传递并测量相关信息,例如核心温度、压力、胃肠道代谢物和气体浓度21 , 22 , 23 , 24。可摄入装置对胃肠道生物学的干扰也很小,因为它们的放置不需要手术或对胃肠道组织造成任何损伤。在本文中,我们报告了一种用于研究胃肠道电生理学的可摄入装置。该系统被称为通过可摄入、胃、无束缚追踪的多模式电生理学 (MiGUT),包含封装的电子设备和电池(图1a、c),以及以卷状配置存储的传感电极带(图1d、 e)。分娩后,电极在胃中展开以与粘膜接触(图1b),设备记录生物电信号,随后将其无线传输到几米外的外部接收器。 MiGUT 设备放置在胃中时的位置可以检测附近重要器官的电活动。我们证明该设备可以记录高质量的生物电信号,包括胃慢波、呼吸频率和心电图,以及与大型动物模型中迁移肌电复合体相关的推定信号。我们还表明,该设备可以使用内窥镜夹暂时固定在胃粘膜上,以在多天的进食、睡眠和行走过程中测量和无线传输来自胃慢波的信号。

1.Wang, Y. et al. All‐Printed Finger‐Inspired Tactile Sensor Array for Microscale Texture Detection and 3D Reconstruction. Advanced Science 2400479 (2024) doi:10.1002/advs.202400479.

notion image
notion image

1.Chen, Y. et al. Bioinspired Robust Gas‐Permeable On‐Skin Electronics: Armor‐Designed Nanoporous Flash Graphene Assembly Enhancing Mechanical Resilience. Advanced Science 2402759 (2024) doi:10.1002/advs.202402759.

在我们的工作中,我们描述了利用聚丙烯熔喷无纺布(PPMF)作为一种柔性装甲的创新方法,以保护基质内的透气FG组件( 1a),阐明了我们柔性装甲设计的复杂性。 PPMF 类似于小龙虾壳,包围并保护 FG,作为抵抗直接外力的屏障(图 1b)。这种保护机制对于保持 FG/PPMF 电极的结构完整性和稳健性至关重要。多孔基材完全填充FG透气填料,使电极不仅具有低方块电阻,而且满足人体长期佩戴的高透气特性。所得软电极表现出高导电率和125.2±4.7Ω/□的低薄层电阻。由于FG组件的纳米孔,软电极表现出优异的透气性(约10.08 mg cm -2 h -1),与原始PPMF相比保留了98%的透气性。铠装设计使软电极具有机械强度,即使在粘附测试、可清洗测试和 10000 次机械接触摩擦测试后也能保持电气稳定性。作为演示,软电极被用作监测 ECG 和 EMG 信号的皮肤传感器,以及基于可穿戴 TENG 的自供电传感器,用于实时监测人体活动(图 1c)。这些演示表明了所开发的皮肤电极在新兴传感应用和未来人机交互场景中的巨大潜力。

1.Ha, K.-H. et al. Stretchable hybrid response pressure sensors. Matter 7, 1895–1908 (2024).

notion image
notion image
触敏可拉伸电子皮肤(e-skin)有望用于软机器人、假肢、仿生学和生物传感器。然而,一个长期存在的挑战是拉伸对压力读数的干扰。为了解决这个问题,我们引入了一种本质上可拉伸的混合响应压力传感器(SHRPS),该传感器由具有几乎不导电的多孔纳米复合材料和位于两个可拉伸电极之间的超薄介电层的层压板组成。 SHRPS 的压阻式和压电容式响应相结合,可实现超高压灵敏度,同时有效消除拉伸引起的干扰。我们的研究结果以经过实验验证的机电模型为基础。在实际应用中,安装在充气探头上的 SHRPS 能够在人体手腕上实现安全、精确的触诊,并能舒适、牢固地抓握轮廓物体。 SHRPS 的首次亮相有望显着扩展电子皮肤的多功能应用。

1.Chen, L. et al. Spike timing–based coding in neuromimetic tactile system enables dynamic object classification. Science 384, 660–665 (2024).

notion image

1.Yuan, X. et al. Implantable Wet‐Adhesive Flexible Electronics with Ultrathin Gelatin Film. Adv Funct Materials 2404824 (2024) doi:10.1002/adfm.202404824.

 
notion image
在这项研究中,我们提出了一种基于超薄明胶薄膜的可植入柔性电子贴片。明胶膜在0.13秒内迅速粘附在组织表面,而不会对组织造成损伤。通过超声波处理实现液态金属与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的自组装,使其粘附在明胶薄膜上并形成柔性电子贴片。即使经过 1 000 000 次重复弯曲循环后,电阻变化仍小于 10%。该贴片在潮湿环境中表现出出色的粘附力,完全贴附在心脏表面时能够进行有效监测。此外,它可以按需降解,避免二次手术带来的伤害。该技术为开发具有潜在临床应用的可生物降解医疗电子设备提供了新途径。

1.Wang, Y. et al. Bioinspired Flexible Hydrogelation with Programmable Properties for Tactile Sensing. Advanced Materials 2401678 (2024) doi:10.1002/adma.202401678.

notion image
在此,通过引入 PEGDA 作为共溶剂,Fmoc-FF 自组装结构可以从普遍接受的较细的未扭曲纳米纤维调制为纳米螺旋,然后再调制为纳米带,从而导致水凝胶的杨氏模量提高 10 倍,这表明它们作为用于触觉传感的仿生封装基板。此后,通过将 Fmoc-FF 与 PEDOT:PSS 和 Fmoc-DOPA 共组装,可以进一步将自组装的纳米纤维水凝胶设计为具有导电性和粘合性,从而提供仿生传感单元和粘合层。因此,模块的集成可以产生具有内在生物相容性和生物降解性的基于 Fmoc-FF 水凝胶的触觉传感器,其灵敏度和耐用性等性能可与最先进的聚合物对应物相媲美(方案 1) 。我们的结果证明了基于肽的可编程超分子水凝胶用于触觉传感的可行性,从而为生物机器界面和生物医学工程应用提供了仿生替代方案。
未命名一与二2024-04 柔性电子领域的进展
Wender Feng
Wender Feng
慢慢地迈向听朝,静静地怀念昨日
Announcement
Hello, there!
This is Steve, a PhD candidate from City University of Hong Kong currently. Welcome to my personal website!

Welcome all kinds of sharing and discussions from life to research, please feel free to contact through E-mail!