2024-03 柔性传感器领域的进展

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1.Gao, C. et al. Ultraconformable Integrated Wireless Charging Micro-Supercapacitor Skin. Nano-Micro Lett. 16, 123 (2024).

顺应性和无线充电储能设备在实现可穿戴、非接触式软电子产品的快速发展方面发挥着重要作用。然而，目前的无线充电电源仍然受到弯曲角度有限和部件连接脆弱的限制，导致性能无法体现，制约了其在健康监测可穿戴设备和可移动假肢方面的进一步应用。在此，我们提出了一种超兼容的类皮集成无线充电微型超级电容器，其构建块（包括电解质、电极和基板）均由液体前体蒸发。由于液体的渗透和渗透，集成装置的各个部分彼此牢固地附着，形成紧凑且一体化的结构。此外，得益于电极溶液前驱体体积的可控，电极厚度可以轻松调节在11.7至112.5μm之间。这种制备的薄IWC-MSC皮肤可以很好地贴合弯曲的人体，并且可以无线充电，将电力存储到集成设备的高电容微型超级电容器（11.39 F cm -3 ）中。我们相信这项工作将为皮肤附着电子设备和不规则传感微型机器人的构造提供线索。

1.Wang, Z., Xiao, X., Wu, W., Zhang, X. & Pang, Y. Ultra-conformal epidermal antenna for multifunctional motion artifact-free sensing and point-of-care monitoring. Biosensors and Bioelectronics 253, 116150 (2024).

在此，我们提出了一种采用人体皮肤作为天线基板的新型天线，因为人体皮肤具有超高的介电常数。天线的图案和接地直接绘制在人体皮肤上，以实现超适形表皮天线，作为一种新型生物传感系统，可实现多功能且无运动伪影的按需传感。与通过专用仪器制造的传统刚性和柔性天线相比（Han et al., 2021 ; Yang et al., 2023 ; Lai et al., 2021），表皮天线具有明显的优势，包括超薄型、简化的工艺，无需专门的设备。仪器、将导电墨水沉积到动态表面上的能力、构建有源设备的潜力、多功能传感器功能、无需补充硬件和软件即可实现无运动伪影。因此，表皮天线作为生物电子领域的突破性解决方案展现出巨大的潜力，为个性化健康管理提供可定制的方法。此外，表皮电子学在快速磁共振成像（MRI）射频线圈设计中的应用还可以实现无气隙的完美匹配身体部位，从而显着提高信噪比（SNR）。它能够灵活适应不同的成像区域，增强受试者舒适度并有效减少运动伪影，从而提高MRI成像质量( Woytasik et al., 2007 ; Collick et al., 2020）。表皮天线的制造过程涉及利用注入导电墨水的中性墨水笔直接在表皮上绘制特定图案。形成表皮射频器件后，表皮天线的图案层与皮肤之间建立了高度灵活的界面，表现出超顺应性、耐用性和无运动伪影。表皮天线的图案层和接地层由银片/聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(Ag-PEDOT:PSS)复合材料绘制。作为一个多功能平台，温度传感器、水合传感器、应变传感器和血糖传感系统等表皮天线装置具有皮肤般的纹理、曲线形状和机械灵活性。基于表皮天线的温度传感系统可以在超宽带（UWB）范围内精确实时检测人体温度变化。同时，采用水合传感器的部署来评估人体皮肤在没有拉伸和拉伸的情况下的水合水平，强调了表皮天线卓越的舒适性和运动伪影免疫力。此外，还设计了马蹄形天线作为应变传感器。表皮天线的天线阵列策略性地分布在各个手指上，旨在实现各种手势的准确可靠识别，从而增强在各种应用中基于手势的人机交互（HMI）的可能性。基于血糖水平 (BGL) 传感系统的非侵入性表皮天线展示了日常和临床应用。与商用侵入式血糖仪相比，基于表皮天线传感器的BGL结果几乎无延时，且稳定。表皮天线传感系统可以长时间实时监测BGL，同时利用机器学习进行BGL预测。与传统天线相比，表皮天线具有许多优势，包括更高的灵敏度、在 UWB 范围内的出色测量性能、安全附着在皮肤上以及无运动伪影监测。对材料、天线设计、制造、表征和应用的研究在展示表皮天线传感平台的功能和实用性方面发挥着至关重要的作用，特别是在运动无伪影传感方面。

1.Jung, D. et al. Multilayer stretchable electronics with designs enabling a compact lateral form. npj Flex Electron 8, 1–9 (2024).

在本文中，提出了基于多层设计实现更高密度可拉伸电子器件的策略，尽管层数增加，但对机械应变的影响最小。我们提供在多层刚性部件之间形成互连器的设计。正如实验结果和计算分析所示，与单层装置相比，所制造的更紧凑形式的四层可拉伸装置显示出相似程度的诱导应变。我们通过多层植入式生物电子学和可拉伸无源矩阵 LED 展示了该方法的功能。

1.Li, Z. et al. Ultrafast readout, crosstalk suppression iontronic array enabled by frequency-coding architecture. npj Flex Electron 8, 1–12 (2024).

在这项工作中，我们提出了一种称为 FC-AIMS 的人工离子机械感受器（AIM-skin）的超快读出架构（概述如图1a所示）。该平台由人工离子机械感受器皮肤 (AIM-skin) 阵列 (8 9厘米内有8个像素 cm 面积），并配备了基于频率编码复用的超快读出架构。AIM-皮肤由先前工作中提出的个体仿生柔性人工离子机械感受器（AIM）组装成柔性阵列39。AIM-skin 的介电层是一种柔性纳米纤维膜，具有嵌入热塑性聚氨酯 (TPU) 壳层中的 [BMIM+] [TFSI-] 和 PVDF-HFP 复合芯层（图 1b ）。在外部机械刺激激活后，静止状态的离子[BMIM+][TFSI-]从核心层移位并向壳层迁移。离子在压力下的迁移会导致 EDL 界面发生显着变化，从而产生高灵敏度电容响应 (>1.2 0.12–1880 kPa）。此外，FC-AIMS平台能够在现场可编程门阵列（FPGA）中执行快速频率编码和解码（图1c）。该平台具有快速读取时空触觉信息（2毫秒内）的能力，旨在在深度学习的支持下高效辅助机器人进行动态触觉感知和交互（图1d）。每排AIM-skin都拥有不同的编码频率信号，从而促进多线阵列的并行测量传输（图2a）。这些频率的正交特性使多个通道能够通过单个电容电压 (C/V) 转换器有效传播到解码器，从而促进并行读出。与基于 TDM 的流行读出接口相比，我们的方法消除了开关延迟，减轻了 TDM 造成的时间损失，并避免了电路中的串扰（图2b）。此外，与尖峰序列编码架构相比，我们提供了更广泛的压力检测范围，同时绕过了复杂的集成后端接口电子设备的依赖。此外，我们将FC-AIMS平台与深度学习技术相结合，以实现以高时空响应性和串扰抑制为特征的精确动态触觉感知（图2c）。我们设计了时空 3D 残差卷积网络（Res3D），可以准确分类 10 种动态触摸手势，准确率高达 89.3%。因此，我们的研究为实现高时空分辨率的触觉传感器提供了一个关键的解决方案，这对于机器人控制和伴侣机器人交互的应用具有重要的前景。

1.Han, M., Shen, W., Tong, X. & Corriou, J.-P. Cellulose nanofiber/MXene/AgNWs composite nanopaper with mechanical robustness for high-performance humidity sensor and smart actuator. Sensors and Actuators B: Chemical 406, 135375 (2024).

在这项工作中，受天然珍珠质层状纳米结构的启发，通过真空辅助过滤策略开发了一种集成湿度传感和驱动的柔性 TOCNFs/MXene/AgNWs 纳米纸。引入的AgNWs可以在纤维素丝之间相互渗透，形成三维分层结构。1D TOCNF、AgNW“砂浆”和2D MXene“砖”的协同作用赋予纳米纸优异的拉伸强度和导电性[38]。通过这种独特的结构设计，TOCNF的亲水性和吸湿膨胀特性被充分利用用于湿度传感和驱动。此外，基于MXene独特的光热转换效应[39]、[40]，在近红外照射下，TOCNFs/MXene/AgNWs纳米纸传感器可以在恢复过程中引起水分子的快速蒸发，从而缩短恢复时间。具体来说，对 TOCNFs/MXene/AgNWs 纳米纸传感器的结构、微观形貌、机械强度、湿度传感特性和背后机制进行了深入研究。最终，采用设计的 TOCNFs/MXene/AgNWs 湿度传感器来评估其在人体呼吸、非接触传感和湿度驱动软执行器方面的应用可行性。

1.Kim, N.-I. et al. Skin-Attached Arrayed Piezoelectric Sensors for Continuous and Safe Monitoring of Oculomotor Movements. Advanced Healthcare Materials n/a, 2303581.

作者开发了一种基于单晶 III 族氮化物 (III-N) 薄膜（本研究中为 GaN 和 AlGaN）的传感器，可以提供机械应变和电压之间的高效转换（高灵敏度），无反应和由体液引起的降解（生物相容性），[ 21 ]热稳定性、化学稳定性和机械稳定性，并且在长时间运行期间不会出现性能下降（耐久性）。[ 22 ] III-N薄膜被开发成“创可贴”型皮肤附着传感器，并被证明可以从舒适的佩戴位置测量眼睑和眼球的运动，即面部的太阳穴区域，因为它的高度灵敏度和生物相容性，[ 23 ]与之前的 ZnO 和 PZT 传感器直接附着到上眼睑的情况相反。该传感器能够测量眼睑闭合和张开以及眼睑闭合的百分比，可以监测凝视和微睡眠症状的状态，并测量眼球的横向运动，例如眼球向左或向右移动。虽然眼球横向运动作为动眼神经运动之一很有用，但它并没有提供有关它们的完整信息。特别是，大多数扫视和追踪测试都需要眼球在各个方向上的运动。为了解决以前眼动传感器的局限性，并能够监测扫视和追踪测试中所有可能的眼动，在本研究中，我们采用阵列配置的多个传感器来开发灵活的压电眼动传感器阵列（F -PEMSA）。我们通过建模和实验测量证明，每个传感器都会针对横向、垂直、对角线和旋转运动产生差异化的输出电压，并具有高灵敏度和可重复性来检测复杂的眼球运动。这种非侵入性、舒适的可穿戴监测系统可用于连续、安全监测动眼运动的实际应用，以研究眼球运动与各种 BD 和 PMSB 之间的关系。

1.Lu, X. et al. An Intelligent Driving Monitoring System Utilizing Pedal Motion Sensor Integrated with Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Generator and Machine Learning. Advanced Materials Technologies n/a, 2301706.

本工作提出了一种基于TENG和EMG的驾驶行为监测和驾驶风格识别系统。该系统包括自供电踏板运动传感器（SPMS）和智能数据处理单元（IDPU）。SPMS 由两部分组成：六相 TENG (S-TENG) 和自由旋转盘 EMG (FD-EMG)。S-TENG采用六相电极设计来监测油门踏板和制动踏板的运动方向、运动幅度和运动速度。FD-EMG可以采集踏板踩下过程中的能量，实现驾驶员驾驶行为的自供电预警功能。IDPU包括驾驶风格特征变量的数值计算系统和驾驶风格分类器。将SPMS放置在车辆模拟器的踏板下，通过驾驶实验收集60组不同的驾驶数据。使用 IDPU 从每组数据中提取代表驾驶员驾驶风格的八个特征变量。然后，利用自组织特征映射（SOM）神经网络和K-means算法对60组驾驶风格特征变量进行聚类，实现对三种不同驾驶风格（保守、温和和激进）的分类和识别。最后，利用概率神经网络（PNN）创建驾驶风格分类器。实验结果表明，分类器能够准确识别驾驶员的驾驶风格。这项工作有望通过互联网共享驾驶信息，并有可能对智能交通行业产生重大影响。

1.Weisbecker, H. et al. AI-Assisted Multimodal Breath Sensing System with Semiconductive Polymers for Accurate Monitoring of Ammonia Biomarkers. Advanced Materials Technologies n/a, 2301884.

本文提出了一种多模态呼吸传感器，可以克服与实际加湿呼吸样本相关的挑战，从而能够实时连续、同时监测氨和湿度水平。我们的器件采用半导体聚合物，一种无规聚噻吩 (RP-T50-COOH)，[ 13 ]带有羧酸侧链，通过与氨气的可逆酸碱相互作用来增强其灵敏度和电导率。[ 13 ]氨传感器具有高电荷迁移率和增强的质子电导率，从而对氨具有超高灵敏度，并且比其他呼吸生物标记物具有优异的传感选择性。[ 13 ]该传感器具有高稳定性和必要的灵敏度，分辨率为 0.05 ppm，检测范围为 0.05 至 1300 ppm，适合长期、精确监测慢性病患者（例如慢性肺病患者）的呼吸氨。和慢性肾病。该设备还集成了基于还原氧化石墨烯 (rGO) 的湿度传感器和基于嵌入金纳米带的 3D 介观结构的呼吸动态传感器。在 K 均值聚类算法的帮助下，将具有不同传感机制的各种呼吸传感器集成到可穿戴平台中，有助于解耦混杂效应，并提供人工智能辅助的呼吸动态理解。[ 14 ]体内测试和台式实验的结果建立了一个通用的人工智能辅助可穿戴平台，通过与基于蓝牙低功耗（BLE）的无线通信模块集成，精确、连续地监测各种呼吸生化物质。

1.Liu, W., Xiang, F., Mei, D. & Wang, Y. A Flexible Dual-Mode Capacitive Sensor for Highly Sensitive Touchless and Tactile Sensing in Human-Machine Interactions. Advanced Materials Technologies 9, 2301685 (2024).

在这项研究中，我们提出了一种新型双模式电容传感器，用于人机交互中的高灵敏度非接触式和触觉传感。该传感器设计采用增强边缘电场方法，结合迷宫式电极来增强接近传感性能。此外，采用截棱锥与多孔结构相结合的分层微结构介电层来提高压力传感的性能。传感器中使用的多孔硅橡胶是通过4-甲基苯磺酰肼发泡工艺制备的。所开发的双模式传感器具有高传感性能，接近检测距离可达110 mm，压力检测范围为0至200 kPa。压力传感的最大灵敏度为0.464%kPa -1。此外，该传感器还能够有效区分接近信号和触觉信号，并具有出色的信号稳定性、可重复性以及准确识别手势运动的能力。为了验证传感器的功能，我们开发了一个非接触式 HMI 平台。该平台能够准确感知非接触式手势运动和接触式按压，并将这些感知信息用于实时机器人控制。双模HMI应用凸显了传感器令人印象深刻的双模传感性能，进一步证实了其在未来人机交互中的广阔应用潜力。

1.Wang, S. et al. All-Nanofiber Iontronic Sensor with Multiple Sensory Capabilities for Wearable Electronics. Advanced Materials Technologies n/a, 2301791.

在此，采用静电纺丝制备了具有压力和温度双功能监测能力的全纳米纤维柔性离子电子传感器。该传感器的离子介电层是通过静电纺丝 IL 和聚丙烯腈 (PAN) 的混合物制成的。值得注意的是，我们在离子介电层和电极层之间集成了间隔膜，形成了三明治结构的介电结构。通过调节隔离膜的厚度，实现了对EDL电容形成过程的控制。由此产生的压力传感器在0-50和50-300 kPa的压力范围内表现出出色的线性响应（ R 1 2 = 0.992，R 2 2 = 0.998）。该传感器具有高灵敏度、快速添加/删除响应时间和出色的稳定性，使其成为可穿戴电子设备的理想选择。此外，该离子电子传感器还表现出出色的温度传感能力，具有高灵敏度、宽工作范围和卓越的循环稳定性等特点。该传感器具有增强人机交互、实现实时生理监测和改善整体用户体验的潜力，为可穿戴电子设备的发展开辟了令人兴奋的可能性。

1.Lee, G. et al. Anisotropic Fluorinated-Elastomer-Blended Micro-Dominoes for Wearable Triboelectric Nanogenerators. Advanced Functional Materials n/a, 2316288.

在这项研究中，我们提出了一种创新方法来解决 TENG 中的结构和材料挑战，结合基于氟化聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 混合物的各向异性多米诺骨牌结构（图 1a）。多米诺骨牌结构以其用最小的力就能侧向倾倒的能力而闻名，它具有细长的形状，以及宽阔的侧面，有利于与相邻的多米诺骨牌接触。受到多米诺骨牌各向异性特性的启发，我们提出了一种TENG设计，通过扩大接触表面积来增强摩擦电性能；具体来说，利用了TENG的宽侧面，同时由于薄而细长的结构而保持了易变形性。此外，通过简单的共混过程将氟化弹性体引入PDMS中，我们增加了接触时的表面势能，并增强了传统弹性体的拉伸性和变形性。多米诺骨牌结构和氟化弹性体的协同效应模仿了在天然稻叶中观察到的独特表面特性，[ 43 ]导致各向异性超疏水润湿行为。[ 44 , 45 ]这种结构控制可以实现定向水流，促进高效的水能收集和自清洁。我们的 TENG 设备的卓越性能通过其作为人工能量收集叶子的能力得到了证明，能够利用自然风和水滴的能量（图 1b，顶部）。此外，我们还开发了一种可穿戴能量收集腕带，它利用触摸、摇晃和洗手等人体动作来发电（图 1b，底部）。因此，这种创新的 TENG 在日常生活中的自供电可穿戴电子产品和先进能量收集系统中具有巨大的应用潜力。

1.Geng, Y. et al. A Skin-Inspired Self-Adaptive System for Temperature Control During Dynamic Wound Healing. Nano-Micro Lett. 16, 152 (2024).

皮肤能够将体温维持在恒温状态的温度调节功能至关重要。然而，遭受皮肤损伤的患者却难以应对周围的场景和态势感知。在这里，我们通过模仿人类热水器接收系统来报告一种交互式自我调节电子系统。仿皮肤自适应系统由两个高灵敏度热敏电阻（热响应复合材料）和一个低功耗温度控制单元（激光诱导石墨烯阵列）组成。仿生皮肤可在35~42℃范围内实现自我调节，接近生理温度。这种温度调节系统还有助于皮肤屏障的形成和伤口愈合。在伤口模型中，治疗组的愈合速度比对照组快约 10%，并且炎症减少，从而增强皮肤组织再生。这种受皮肤启发的自适应系统为下一代机器人和医疗设备带来了巨大的希望。

1.Chung, K. Y. et al. Naturally Crosslinked Biocompatible Carbonaceous Liquid Metal Aqueous Ink Printing Wearable Electronics for Multi-Sensing and Energy Harvesting. Nano-Micro Lett. 16, 149 (2024).

实现可与传统纺织品媲美的舒适性和耐用性的柔性电子产品是智能可穿戴设备的终极追求之一。油墨印刷对于使用简单且廉价的工艺进行电子纺织品开发是理想的。然而，在高分辨率、大规模制造和实际应用中制造具有良好分散性、稳定性、生物相容性和耐磨性的高性能纺织品仍然具有挑战性。在这里，提出了具有碳质镓-铟微纳米结构的水性多壁碳纳米管（MWCNT）装饰的液态金属（LM）墨水。在生物聚合物的帮助下，海藻酸钠封装的 LM 液滴含有高羧基，可与丝胶介导的 MWCNT 发生非共价交联。随后可通过印刷技术和天然防水摩擦起电涂层制备电子纺织品，使其具有良好的柔韧性、亲水性、透气性、耐磨性、生物相容性、导电性、稳定性和优异的通用性，且无需任何人工化学品。获得的电子纺织品具有可设计的图案和电路，可用于各种应用。通过可重复且可靠的信号演示了识别复杂人体运动、呼吸、发声和压力分布的多传感应用。自供电和能量收集能力还可以通过驱动电子设备和照明 LED 来实现。作为概念证明，这项工作以可扩展和可持续的方式提供了新的机会，为未来的商业应用开发新型可穿戴电子产品和智能服装。

1.Wan, J. et al. Millimeter-scale magnetic implants paired with a fully integrated wearable device for wireless biophysical and biochemical sensing. Science Advances (2024).

在这里，我们展示了一套无芯片、无电池的磁性植入物，其整体尺寸为毫米级。植入物可以通过磁场与完全集成的厘米级可穿戴设备进行无线通信，从而实现生物物理和生化信号的多模态传感。植入物的关键组件包括在振动过程中产生交变磁场的微磁体、用于提高振动幅度的柔软弹性膜以及用于选择性吸收目标生化物质的表面涂层。植入物的无芯片和无电池特性提高了其生物相容性。大鼠模型体内实验证明，微型化系统（即毫米级植入物和厘米级可穿戴设备）可以无线测量脑脊液（CSF）粘度、颅内压（ICP）和脑脊液葡萄糖浓度，并具有附加功能。具有移动终端实时显示能力。该系统为长期、连续监测与健康状况相关的各种信号开辟了途径，并有可能通过表面修饰扩展到许多其他生化物质和生物分子的无线传感。

1.Hannigan, B. C., Cuthbert, T. J., Ahmadizadeh, C. & Menon, C. Distributed sensing along fibers for smart clothing. Sci. Adv. 10, eadj9708 (2024).

纺织品传感器将我们的日常服装转变为一种以完全不引人注目的方式跟踪运动和生物信号的手段。采用“智能”服装的一大障碍是在扩大传感器数量时遇到的连接和空间困难。目前缺乏解决可穿戴电子产品的一个关键限制的研究：刚性元件和纺织元件之间的连接通常不可靠，并且它们需要以与纺织大规模生产方法不兼容的方式连接传感器。我们介绍了原型服装、紧凑的读出电路和算法来测量沿纤维多个区域的局部应变。我们使用螺旋拉胀纱线传感器，其灵敏度沿其长度可调，有选择地响应应变信号。我们演示了服装中的分布式传感，通过单个连续纤维监测手臂关节角度。与光学运动捕捉相比，我们在重建肩部、肘部和腕部关节角度时实现了大约五度的误差。

1.Shin, Y. et al. Low-impedance tissue-device interface using homogeneously conductive hydrogels chemically bonded to stretchable bioelectronics. Sci. Adv. 10, eadi7724 (2024).

可拉伸生物电子学对持续健康监测和即时医疗保健的进步做出了显着贡献。然而，微尺度非共形接触和局部脱水界面限制了性能，尤其是在动态环境中。因此，水凝胶由于其独特的优点，包括组织般的柔软性、富水性和生物相容性，可以成为可拉伸生物电子学的有前途的界面材料。然而，在电气性能、材料同质性以及与可拉伸器件的单片集成方面仍然存在实际挑战。在这里，我们报告了通过掺入聚苯胺装饰的聚（3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯）合成了一种均匀导电的聚丙烯酰胺水凝胶，该水凝胶具有极低的阻抗（〜21欧姆）和相当高的电导率（〜24 S/cm）。我们还通过设备上聚合以及共价键和氢键在导电水凝胶和可拉伸设备之间建立了强大的粘附力（界面韧性：~296.7 J/m 2）和可靠的集成。这些策略使得能够制造可拉伸的多通道传感器阵列，以在体外和体内环境下进行高质量的皮肤阻抗和 pH 测量。

1.Yu, H. et al. Flexible temperature-pressure dual sensor based on 3D spiral thermoelectric Bi2Te3 films. Nat Commun 15, 2521 (2024).

双参数压力-温度传感器广泛应用于个人健康监测和机器人检测外部信号。在此，我们开发了一种基于三维（3D）螺旋热电Bi 2 Te 3薄膜的柔性复合双参数压力-温度传感器。该薄膜具有(000l)织构和良好的柔韧性，最大塞贝克系数为-181 μV K –1，压阻应变系数约为-9.2。该器件表现出创纪录的高温传感性能，具有高传感灵敏度（−426.4 μV K -1）和快速响应时间（~0.95 s），优于大多数先前研究中观察到的结果。此外，由于Bi 2 Te 3薄膜中的压阻效应，3D螺旋装置表现出显着的压力响应特性，压力传感灵敏度为120 Pa –1。这种创新方法使用一种具有高灵活性的材料实现了高性能双参数传感，为电子皮肤等许多应用的设计和制造提供了深入的见解。

1.Merces, L. et al. Bio-Inspired Dynamically Morphing Microelectronics toward High-Density Energy Applications and Intelligent Biomedical Implants. Advanced Materials n/a, 2313327.

在这里，我们利用智能材料的显着进步来创建新的仿生 4D 多功能应用。我们的方法采用了广泛的材料，包括刺激响应水凝胶（HG）、薄膜、纳米膜、柔性基板、有机混合离子电子导体和电活性人造肌肉。独特的结果是创建了多面可变形超材料，作为微电子学的主动可折叠 4D 宿主，这里称为形态发生电子学（图 1b）。在我们的方案中，刺激响应薄膜被图案化，然后用作微折纸镶嵌的化学和机电致动器铰链。该方法采用 4D 制造方法，首先通过标准光刻将照片图案结构与坚固的可折叠主体镶嵌进行集成（图 1b.1）。聚酰亚胺 (PI) 柔性基板 (FS) 接头处的执行器图案允许在专用区域托管电子设备（图 1b.2）。在薄膜微电子学的这种集成之后，下一步是主体镶嵌的受控分层。图 1b.3说明了活动的山铰链和谷铰链（分别为 MH 和 VH），它们可以在分层后根据外部刺激进行组装。将多个之字形单元组合成单个镶嵌（如图 1b.4所示），再加上微折纸致动器铰链提供的精确多维控制（如图 1b.5所示），可以使电子设备能够积极地进行复杂的形状变换。这与自然形态发生相似，下文将详细讨论。与之前报道的结构相比，[ 46,47,53-55 ]我们的成果系统化了刺激响应微型多面折叠包装、拉胀多稳定表面和拉胀笼的 4D制造。我们成功实现了化学和电子变形微结构的多维控制，其中活动铰链的数量明显高于面的数量。此外，我们的研究结果表明，微折纸镶嵌的战略折痕可以配备：1）小型化能量转换和存储单元，以提供出色的功率密度（高达108 mW cm -2）并为所谓的智能灰尘提供动力技术，[ 56 ]和2）电活性聚合物致动器微铰链以电子信息驱动的方式模拟形态发生，这对智能生物医学植入物领域有吸引力。[ 52 ]这些成就展示了形态电子学对超灵活、4D 和自主电子产品的适应性和可扩展性。

1.Fu, Y. et al. Ultraflexible Temperature-Strain Dual-Sensor Based on Chalcogenide Glass-Polymer Film for Human-Machine Interaction. Advanced Materials n/a, 2313101.

在此，我们首次使用新颖的卷对卷策略制造了具有优异温度和应变双传感性能的超柔性 ChG 薄膜。所获得的 ChG 薄膜具有良好的拉伸性（50% 伸长率）、高塞贝克系数（731 µV/K）、快速温度响应（约 0.7 s）、优异的应变敏感性以及长期耐用性和可重复性。与ChG薄膜的传统制备工艺不同，这种制造策略避免了复杂的工艺，并且可以很容易地适应加工不同的无机材料，这使得它非常适合个性化可穿戴设备，以满足不同的目标应用。利用优异的双传感性能、机械稳定性和创新的器件设计，展示了用于智能动作反馈和温度报警的原型机械手，证实了ChG薄膜在可穿戴设备和人机交互应用中的巨大潜力。

1.Hui, Z. et al. Gradiently Foaming Ultrasoft Hydrogel with Stop Holes for Highly Deformable, Crack-Resistant and Sensitive Conformal Human-Machine Interfaces. Advanced Materials n/a, 2314163.

水凝胶因其可定制的机械和电气性能的优点而被认为是人机界面（HMI）的有前途的材料；然而，同时实现超柔软性、良好的机械鲁棒性和高灵敏度仍然具有挑战性，而这些是可穿戴传感应用的先决条件。在此，这项工作首次提出了一种通用的相变诱导起泡策略来制造具有止动孔的超软梯度泡沫状水凝胶（FSH），以实现高变形性、抗裂性和敏感的保形人机界面。作为典型体系，基于聚丙烯酰胺/海藻酸钠体系的FSH表现出超低杨氏模量（1.68 kPa）、增加的可持续应变（1411%）、增强的断裂韧性（915.6 J m -2）、改善的拉伸敏感性（21.77）、和压缩灵敏度（65.23 kPa -1）。FSH用于精确获取和识别操作者的手势命令，以第一人称视角远程控制内窥镜手术机器人和电动船进行巡航、喂螃蟹和实时监测环境变化。

1.Wang, X. et al. Stretch-Induced Conductivity Enhancement in Highly Conductive and Tough Hydrogels. Advanced Materials n/a, 2313845.

在此，我们提出了一项关于开发高导电性坚韧水凝胶 PVA-AgNWs-LM (PAL) 的研究，该水凝胶通过银纳米线 (AgNWs)、可变形 LM 和聚乙烯醇 (PVA) 的拉伸诱导取向来实现纳米晶（图 1）。这种创新方法协同增强了水凝胶的机械性能，从而显着改善了极限断裂应力（13–33 MPa）、应变（3000%–5300%）和韧性（390.9–765.1 MJ m −3）。模量小于聚合物基体的LM在应变下取向，与取向的银纳米线形成导电通路，这进一步显着增强了水凝胶的电导率（从4.05 × 10 -3 到24 S m -1）。此外，通过调整LM的比例，可以实现应变不敏感电阻变化和应变增强电导率（即正压电导率，复合材料在应变下表现出较高的电导率，而大多数材料表现出负压电导率）等特殊物理性能。。[ 26 , 27 ]在应变载荷下，水凝胶的电导率比初始状态可提高6000倍。拉伸诱导的PVA纳米晶、可变形LM和AgNW可以有效缓解裂纹尖端的应力集中，赋予水凝胶裂纹扩展不敏感性和抗疲劳性。可逆的交联网络允许损坏的水凝胶被水回收和重新制备。

1.Li, Y., Matsumura, G., Xuan, Y., Honda, S. & Takei, K. Stretchable Electronic Skin using Laser-Induced Graphene and Liquid Metal with an Action Recognition System Powered by Machine Learning. Advanced Functional Materials n/a, 2313824.

总之，通过优化和设计结构和材料，可拉伸压敏电子皮肤即使在拉伸下也表现出良好的耐用性。该压力传感器对施加的压力表现出稳定的电阻变化和小滞后，在至少 10000 次循环中具有高稳定性。此外，压力传感器可以拉伸200%以上，同时保持稳定的电阻变化和灵敏度。电子皮肤可能会被尖锐物体损坏。为了防止这种情况发生，选择了相对较厚的 Ecoflex 弹性聚合物。此外，由于ecoflex的弹性特性，即使传感器的LIG被部分切断，传感器在损坏后至少八周内仍能保持稳定的输出。最后，作为概念验证，在充气和不充气的情况下演示了电子皮肤，并开发了使用机器学习的动作识别系统。在平坦和充气状态下，触觉压力图均被正确检测到。更重要的是，基于及时的映射结果，利用开发的ESN和逻辑回归算法，成功地识别出拍打、滑动和抓取等动作，并具有相对较高的准确度，就像人类的皮肤一样。对于电子皮肤的实际应用，设备成本很重要，特别是 GaInSn 相对昂贵（本研究中演示的电子皮肤大约使用 3 美元/克，约 7 克）。然而，由于导电率远高于LIG，因此可以通过使用更少的GaInSn来制作更窄和更薄的电极图案来降低器件成本。我们相信这一成果将促进人机机交互和电子皮肤的发展。

1.Li, Z. et al. Electrostatic Smart Textiles for Braille-To-Speech Translation. Advanced Materials n/a, 2313518.

在这项工作中，我们报告了一种轻质、灵活、纺织集成的双功能 ET，由织物绝缘体和夹在织物电极之间的驻极体织物组成。对ET的触觉传感和声发射能力进行了表征，结果表明ET具有优异的机械鲁棒性、工作稳定性和输出特性。这些 ET 被集成到服装中，既充当用于编码盲文信息的触觉传感器，又充当用于生成语音信息的扬声器。与运行机器学习算法进行实时分类的读出电路一起，创建了盲文到语音的翻译系统。该系统可以将盲文字母和40个常用单词（可扩展更多）转换为语音，准确率分别高达99.04%和97.08%。

1.Xue, F. et al. Ultra-sensitive, highly linear, and hysteresis-free strain sensors enabled by gradient stiffness sliding strategy. npj Flex Electron 8, 1–8 (2024).

开发兼具高灵敏度和高线性度的应变传感器一直是研究人员的目标。与电阻式应变传感器相比，电容式应变传感器具有无可比拟的线性优势，但一直受到灵敏度低的限制。在这里，我们报告了一种梯度刚度滑动设计策略，可以解决这个问题，显着提高灵敏度，同时保持高线性度。通过控制局部增强电场的分布和基底的不均匀变形，成功制备了性能优异的应变传感器，在整个应变传感器中表现出巨大的应变系数（9.1×10 6）和线性度（R 2 = 0.9997）感应范围大，几乎无滞后，响应时间快（17 ms）。梯度刚度滑动设计是一种通用策略，有望应用于其他类型的传感器，以同时实现超高灵敏度和超高线性度。

1.Kim, H. et al. Inherently integrated microfiber-based flexible proprioceptive sensor for feedback-controlled soft actuators. npj Flex Electron 8, 1–14 (2024).

在这项工作中，我们报告了智能纤维增强气动软执行器的战略合理设计，该执行器具有固有集成的基于微纤维的柔性本体感觉传感器。通过我们的创新设计方法，我们开发了一种本体感觉软执行器，即使系统内没有任何异构传感组件，也能成功实现实时本体感觉。为了开发基于微纤维的固有本体感觉传感器，战略性地将两根平行的导电微纤维作为纤维增强软致动器中径向膨胀限制纤维的一部分合并，使它们也可以充当基于微纤维的电容式弯曲传感器。由于导电微纤维在致动器中扮演着两个角色，所开发的软致动器不仅具有出色的纤维增强致动性能，而且仅使用典型纤维增强软致动器的基本组件就具有针对弯曲致动的本体感觉传感能力。基于创新的设计方法，我们的软执行器可以通过简化系统布局和复杂的制造工艺，有效克服以前软执行器的实际局限性，并缓解软执行器与集成异构传感组件之间较差的界面稳定性。开发了解析表达式和有限元仿真模型，以验证软执行器的机械执行性能与固有的柔性本体感觉传感器的电容传感行为之间的相关性。本体感受软执行器在机械驱动和电容传感能力方面提供了可忽略不计的滞后和高耐用性，展示了其高稳定性。我们还实现了基于本体感觉传感能力的软执行器的闭环反馈控制系统，它可以补偿意外的外部负载并在动态环境中保持所需的驱动。我们展示了本体感觉软执行器，以构建多功能的软握持系统和具有本体感觉传感能力的软假手。