研究背景
近年来，运动传感技术的迅速发展推动了智能运动装备的更新，能够监测和分析运动数据，帮助用户更好地了解自身的身体状况和运动效果，满足了人们对科学、精准训练日益增长的需求。羽毛球运动技术复杂，要求运动员掌握正确的握拍姿势和最佳击球位置，正确的击球位置确保球拍与羽毛球的最佳接触，以最大化能量传递并提高击球质量，而合理的握拍姿势则提高控制力和击球稳定性。因此，监测击球位置和握拍姿势在提高羽毛球运动技术水平上非常关键，可以帮助运动员识别和纠正不良习惯，优化击球技术，从而提升整体表现和比赛效果。目前，尽管虚拟现实成像技术能有效监测击球位置，但其高成本和复杂流程使得在实际训练中应用受到限制。然而，近年来与羽毛球运动相关的传感器研究虽然逐渐增多，但是主要集中于跟踪挥杆轨迹和监测运动表现，无法直接监测击球位置，并且这类传感器往往依赖电池供电，存在系统不稳定等问题。近年来，摩擦电和压电纳米发电机技术的进展为此提供了有效解决方案，它们通过将力学信号直接转化为电信号，展现出在智能可穿戴设备和健康监测中的潜力。
文章概述
本研究报道了基于摩擦电效应的智能羽毛球线和压电效应的智能羽毛球拍手柄，开发了一种用于机器学习增强实时训练监测的自供电智能羽毛球拍（SIBR）。通过在羽毛球线上构建电极，在拍线上形成摩擦电感应阵列，从而实现击球位置监测。同时，在羽毛球拍柄和手胶之间嵌入具有特定形状的柔性压电薄膜传感器，从而在拍柄处形成压电传感阵列，实现握拍姿势和力度的实时监测。这些传感阵列可以直接将力学信号转换为电信号，以实自驱动传感。此外，该研究在球拍手柄底部集成了用于信号采集和传输的无线模块，确保在正常使用情况下实现数据实时无线传输。基于SIBR收集的多通道数据用于机器学习，命中位置的准确性可以达到95.0 %。SIBR 为羽毛球训练提供了有力的参考，为羽毛球运动监测提供了一种新的方法。
该研究为有效利用压电和摩擦电收集能量构建无线传感提供了新的思路和方向。该成果以题为“Self-powered intelligent badminton racket for machine learning-enhanced real-time training monitoring”发表在国际学术期刊《Nano Energy》上。江汉大学智能体育和主动健康研究院研究生苑峻琳和北京理工大学生命科学学院研究生薛江涛为论文共同第一作者。通讯作者为北京航空航天大学工程医学院刘卓副教授，北京纳米能源与系统研究所李舟研究员，江汉大学智能体育和主动健康研究院吴钰祥教授。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110377
图文导读
图1 自供电智能羽毛球拍（SIBR）的设计和结构。（a）SIBR和实时显示界面的示意图。（b）机器学习工作流程图。
图3 羽毛球拍面多通道传感阵列的摩擦电信号的表征。（a）线性马达驱动羽毛球击打羽毛球线的示意图。（b）羽毛球线处电极通向羽毛球拍框架和羽毛球同时击中不同区域边缘的示意图。（c）羽毛球线上的电极通向羽毛球拍框架并最终通向球拍手柄的实物图。（d）使用线性马达击打单个区域中间时电信号的表征。（e）使用线性马达击打多个区域边缘时电信号的表征。
图6 基于SIBR的羽毛球训练监测系统功能评估。（a）羽毛球训练监测系统示意图及信号处理模块实物图。（b）羽毛球场上使用SIBR进行训练监测的光学照片。（c）使用LSTM的分类结果。（d）通过机器学习模型预测击球位置的混淆矩阵。（e）SIBR在应用过程中的计算机界面显示。
总结
本研究展示了一种基于摩擦电和压电效应的自供电智能羽毛球拍。作为自供电传感器，六通道摩擦电传感阵列可以通过羽毛球线与羽毛球的接触来识别和监测击球位置。同时，通过不同手指在拍柄上的按压模式，四通道压电传感器阵列可以识别握拍姿势。此外，本研究为整个羽毛球拍构建了无线传感系统，并在拍柄底部集成了用于信号采集和传输的无线模块。整个系统的使用确保它不会影响羽毛球运动的过程。收集的SIBR获得的多通道数据用于机器学习，击球位置准确率高达95.0%。SIBR拥有优秀的能量收集和运动监测能力，为羽毛球训练提供了有力的参考，也为羽毛球动作监测提供了新的途径和方向。
招聘
江汉大学智能体育和主动健康研究院—吴钰祥/徐国栋教授团队招聘启事
江汉大学吴钰祥/徐国栋教授团队招聘事业编制教师+联合培养师资博士后。因科研工作需要，本团队计划招录优秀博士 10 名，师资博士后若干名，从事主动健康、可穿戴器件和生物材料及应用等相关研究。欢迎具有相关专业背景的博士申请（招聘长期有效）。
一、拟开展的工作
方向1：主动健康与可穿戴器件
方向2：新型医疗器件及应用
方向3：机器人智能传感与驱动
二、背景要求
生物医学类、基础医学类、药学类、生物医学工程类、公共卫生与预防医学类、电子信息类、仪器类、纳米技术类、功能材料类、仿生科学类、智能工程类
三、团队简介
吴钰祥，博士，教授，博士生导师，江汉大学学术委员会委员，江汉大学科协副主席，智能体育与主动健康研究院院长，体育学院副院长。获得 WILEY Outstanding Open Science Author（Wiley 威立中国开放科学年度作者），Wiley Open Science Excellent Author Program（Wiley 威立中国开放科学高贡献作者），湖北省杰出青年基金获得者，武汉英才，第十八届湖南医学科技奖二等奖，武汉市人民政府资助博士等荣誉。主要研究领域为主动健康与可穿戴器件。主持国家自然科学基金 2 项，科技部重点研发计划课题 1 项，湖北省杰出青年科学基金等多项省市级课题，发表 SCI 论文50余篇，其中多篇在 Science Bulletin、Nano Energy、Gut Microbes、Bone Research 等国际顶级期刊发表，作为副主编完成物理治疗脊柱退行性疾病的临床应用指南1部，授权国家发明专利9项，软件著作权2项。
徐国栋，博士，二级教授，博士生导师。曾任中国解剖学会运动解剖学专业委员会常务委员、中国光学学会生物医学光子学专业委员会委员、中国大学生体育协会赛艇与龙舟分会副秘书长、湖北省体育教学指导委员会委员、湖北省解剖学理事、湖北省体育科学学会常务理事、江汉大学体育学院院长、中国解剖学会会员、中国光学学会会员。主要研究领域为运动对人体机能的影响、生物医学无损监测。主持国家自然科学基金3项，湖北省自然科学基金5项，主编体育院校通用教材《运动解剖学》（国家“十一五”规划教材，人民体育出版社），审译国际奥林匹克委员会医学委员会出版物《运动医学与科学手册—网球》，在 J Sport Sci Med、Nano Energy、Front Optoelectron、J Biomed Opt 等 SCI/核心期刊发表论文80余篇，曾获湖北省科技进步一等奖、湖南医学科技奖二等奖、湖北省第十届自然科学优秀学术论文三等奖、新苗体育奖等。
四、应聘条件
1、已经具有或即将获得博士学位，身体健康，年龄在 40 岁及以下；
2、在相应研究领域取得一定科研成果，具备较好的实验动手能力或理论功底；
3、具有生物医学类、基础医学类、药学类、生物医学工程类、公共卫生与预防医学类、电子信息类、仪器类、纳米技术类、功能材料类、仿生科学类、智能工程类等相关专业背景；
4、具备较强责任心和学习能力，有良好沟通能力，工作踏实，勇于开拓创新，具有团队合作精神。
五、岗位待遇
引进博士纳入武汉市事业单位编制管理，享受江汉大学事业编制工资待遇。博士后人员总收入40万元/年起（由江汉大学导师和中国科学院大学/中山大学导师联合培养，共同指导科研工作，具体工作地点根据研究需要，可在江汉大学/中国科学院大学/中山大学开展）。有关福利待遇按照国家和江汉大学有关规定执行。特别优秀者可根据实际情况“一人一议”协商确定。具有海外留学经历者将积极推荐申报国家优秀青年基金（海外）。
六、申请材料
个人简历及发表论文。个人简历应包含学历简历、工作简历、发表论文、参与项目等内容，申请材料中请详述学科背景、科研兴趣点、技能能力等。
七、联系方式
联系人：吴钰祥
通讯地址：湖北省武汉市经济技术开发区三角湖路8号
Email：yxwu@jhun.edu.cn
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