文章导读
随着科技的不断发展，对智能材料和设备的需求日益增长。柔性弯曲传感器作为一种能够将机械弯曲应变转换为电信号的装置，在机器人角度测量、人体关节角度测量以及柔性生物弯曲信号测量等领域有着广泛的应用。与传统刚性传感器相比，柔性弯曲传感器具有更优异的柔性、适应性和舒适性，能够更好地适应各种复杂形状和曲面，特别是在需要高度贴合和柔性的应用场景中，如人体运动监测、个性化医疗、软机器人等。
近期，浙江大学彭玉鑫研究团队在International Journal of Smart and Nano Materials上发表了一篇题为“Recent advances in flexible bending sensors and their applications”的综述文章，全面回顾了柔性弯曲传感器的工作原理、性能评估、应用领域以及未来发展趋势。同时，讨论了这些传感器面临的挑战，如抗干扰、自适应检测和多向感知，并探讨了可能的解决方案和未来的发展方向。文章强调了材料开发、结构设计和制造过程在推进柔性弯曲传感器技术中的重要性。
文章内容
综述要点：
详细阐述了柔性弯曲传感器的多种传感机制，包括电阻式、电容式、压电式、摩擦电式、光学式、磁性和电感式等。每种传感机制各有其独特的特性及适用场景。
介绍了柔性弯曲传感器的电机械特性，包括可拉伸性、灵敏度、线性度、迟滞性、响应/恢复时间、稳定性和耐用性等。
探讨了柔性弯曲传感器在生物医学、人机交互、软机器人等领域的应用案例。例如，在生物医学领域，柔性弯曲传感器被用于监测关节运动、检测脊柱弯曲等，为医疗诊断和治疗提供了有力的支持。在人机交互方面，柔性弯曲传感器能够实现更加自然和精准的手势识别和运动控制，提升用户体验。在软机器人领域，柔性弯曲传感器则用于感知机器人的姿态和运动状态，实现自主控制和智能决策。
文章还重点探讨了柔性弯曲传感器在发展过程中面临的诸多挑战，如抗干扰能力、自适应测量、多方向感知和传感器制造等。解决这些挑战需要进一步的材料和结构创新、制造过程的优化以及先进信号处理技术，如人工智能的整合。
最后，文章对柔性弯曲传感器的未来发展进行了展望。随着材料科学、微纳制造技术和人工智能等领域的不断进步，柔性弯曲传感器将在更多领域实现广泛应用，并推动相关产业的创新和发展。
图1.柔性弯曲传感器类型及其在不同场景下的应用
图2.柔性弯曲传感器在生物医学领域的应用。(a)全针织和完全集成的柔软可穿戴传感器，（B）用于脊柱弯曲检测的柔性弯曲传感器，（c）用于颈椎病检测的柔性弯曲传感器，（d）用于角度测量的柔性弯曲传感器，（e）用于人体姿势检测的可弯曲针织传感器，（f）用于呼吸监测的导电且可弯曲的水凝胶和离子凝胶，（g）用于脊柱健康的新型无粘附薄膜状曲率传感器，（h）用于监测脊柱和关节运动的徽章卷轴状感测装置，（i）基于电阻弯曲纱线传感器的智能全字母手语翻译手套
图3.柔性弯曲传感器在人体运动检测中的应用。(a)全方向和尺寸自适应的柔性弯曲传感器，（B）网格形柔性传感器，（c）用于人体活动监测的柔性弯曲传感器，（d）高灵敏度电阻式柔性弯曲传感器，（e）柔性弯曲光纤传感器，（f）弹性体支撑的三层弯曲传感器，（g）用于运动识别的柔性弯曲传感器，（h）基于接触电阻的弯曲传感器，（i）用于运动监测的可穿戴自粘弯曲传感器
图4.弯曲传感器在软机器人中的应用。(a)仿生章鱼的手臂，（B）用于姿势感知的柔性传感器，（c）用于软机器人运动学估计的弯曲水凝胶电阻传感器，（d）用于蚯蚓状软机器人的石墨弯曲传感器，（e）用于软机器人的弯曲纳米复合材料传感器，（f）基于摩擦电纳米发电机的弯曲传感器，（g）用于机器人闭环控制的复合水凝胶传感器，（h）用于柔性机器人毫米级感知的电容式柔性弯曲传感器，（i）光纤电缆弯曲传感器
图5.弯曲传感器在人机界面中的应用。(a)基于光学、微流体和压阻感测的可穿戴传感器，（b）由级联碳纤维制成的弯曲传感器，（c）受蜘蛛腿启发的弯曲传感器，（d）受耐寒植物启发的两性离子水凝胶，（e）柔性自供电压电传感器，（f）用于操纵机器人手臂的电阻柔性传感器，（g）用于手语识别的弯曲传感智能手套，（h）用于智能交互手套的磁阵列辅助滑动摩擦电传感器，（i）用于手指空气书写的智能手套
图6.外部干扰的影响
图7.不同曲率下的测量误差
图8.多向测量的挑战。(a)双向弯曲感知不敏感，（B）多向弯曲传感器，（c）基于3D折纸结构的单自由度柔性弯曲传感器，（d）基于石墨烯的单自由度柔性弯曲传感器
浙江大学运动科学与健康工程研究所彭玉鑫研究员为本文第一作者，刘文明副教授为通讯作者。
课题组简介
彭玉鑫，男，工学博士，研究员，博士生导师，浙江大学运动科学与健康工程研究所所长，。于日本东北大学获纳米机械工学博士学位，于新加坡国立大学生物医学工程系从事博士后工作。2016年任浙江大学“百人计划”研究员、博士生导师，2022年获长聘教职。先后入选浙江省钱江人才、浙江省之江青年学者等人才计划项目。主要研究领域为智能传感技术、智能运动设备、柔性机器人等。以项目负责人主持国家自然科学基金面上项目及青年项目、国家社科基金、国家重点研发计划子课题等国家级项目多项，已发表SCI论文50余篇，包括以第一作者或通讯作者发表在Science子刊《Science Advances》、《Small》、《IEEE Transactions on Industrial Electronics》等高水平SCI多篇，已获授权专利30余项。担任智能可穿戴技术专业委员会委员、中国人工智能学会体育人工智能专业委员会委员、浙江大学竺可桢学院专业导师等。在国际、国内会议做Keynote报告及特邀报告多次，指导博士生获得“浙江省优秀博士学位论文”、“浙江大学优秀博士学位论文”等。
刘文明，博士，副教授，硕士生导师。中国健康管理协会运动健康管理专业委员会常委，浙江省幼儿体育协会理事，中国高尔夫球协会青少年发展委员会委员等，研究方向为石墨烯材料在运动健康中的应用研究、智能运动与健康工程、大脑运动可塑性研究。主持国防科技计划重大项目子课题1项、国家体育总局课题1项、重大企业委托课题2项等，主参国防科技计划重点项目1项，出版专著1部，在SCI、SSCI、中文核心及权威等期刊杂志发表论文20余篇。
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引用：
Yuxin, P., Li, S., Xia, Z., Chen, X., Zhang, F., Zhong, L., … Liu, W. (2024). Recent advances in flexible bending sensors and their applications. International Journal of Smart and Nano Materials, 1–33. https://doi.org/10.1080/19475411.2024.2417834
期刊介绍
International Journal of Smart and Nano Materials
名誉主编：
杜善义 院士，哈尔滨工业大学
Ken P. Chong 教授，华盛顿大学
主编：
冷劲松 院士，哈尔滨工业大学
International Journal of Smart and Nano Materials是哈尔滨工业大学和Taylor & Francis集团合作出版的开放获取英文期刊，拥有由知名学者组成的国际化编委团队。IJSNM 被Science Citation Index数据库收录，2023年影响因子为4.59。
IJSNM主要发表国内外智能材料、智能结构力学与设计、多功能纳米材料等领域的最新研究成果和前沿进展，涵盖智能材料与结构、多功能纳米复合材料、4D打印技术、仿生结构、柔性机器人、传感器、结构健康监测等领域，主要刊登具有创新性的综述论文（Review Articles）、研究论文（Research Articles）和短篇报道（Short Communications）等。
IJSNM所有文章接收后即可在线发布并获得引用，欢迎广大学者将最新研究论文投稿至IJSNM。
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Tel.: 0451-86413401
引用数据：
Web of Science (SCIE). EI、Scopus、Inspec等20多个数据库收录
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