浙江大学陈红胜教授团与王作佳研究员团队报道了一种构建高弹性和可靠性人工等离子体互连线的新策略，可实现面向体联网射频表面波的信号传输，该互连线还具有可拉伸、强鲁棒、多功能信号传输等特性，相关成果以“Kirigami-triggered Spoof Plasmonic Interconnects for Radiofrequency Elastronics”为题发表在Research上。
Citation: Yao X, Li M, He S, Jing L,Li C, Tao J, Hui X, Gao F, Song J,Chen H, et al. Kirigami-TriggeredSpoof Plasmonic Interconnects forRadiofrequency Elastronics. Research 2024;7:Article 0367.
https://doi.org/10.34133/research.0367
一 研究背景
体联网(bodyNET)可以将人体各种生理信号无线传输到数字世界，从而扩展了个体的感知能力和远程健康医疗。完整的体联网是一个安全且高效的信息网络，通过柔性传感器监测身体生理信号，并利用体上互连通道将各节点处的健康数据进行收集，传输到人工智能和与计算终端进行个体健康状况分析，为临床医生进行症状诊断提供医疗建议。新兴的柔性传感器技术能够实时监测多种生理信号，同时改善与人体皮肤之间的机械兼容性，如纳米网受体、流体通道、射频识别标签以及电致变色显示等。近年来，作为体联网不可或缺的一部分，柔性和弹性互连线取得了巨大的进步，包括电子纤维、可拉伸导体和电子织物等。最近，基于超表面织物的无线体联网接连报道，其支持射频表面波传输，可避免来自周围环境的干扰，实现高效的点对点互连通信。然而，由于导电材料的刚性特征，以前的射频织物互连线对大尺度拉伸变形动作极其敏感，因此迫切需要一种对几何拉伸具有强鲁棒和多功能的弹性互连线，以满足日常身体运动时的高兼容性体联网需求。
二 研究进展
浙江大学陈红胜教授与王作佳研究员团队提出了一种支持表面等离子体模式的高弹性互连线，可实现身体周围射频表面波的传输（图1）。并提出了激光切割金属表面实现图案化结构设计，以及不同类型互连线的功能定制。
图1 基于高弹性人工等离子体互连线的无线体联网
传统刚性槽结构，在经过面内机械外力拉伸后会导致结构损伤，传输效率出现明显下降；课题组提出的Type-I互连线经面内外力拉伸后，基于面外形变使其具有高拉伸特性，同时可以实现高效的信号传输；在多种形变状态包括弯曲、扭曲等，所提出的互连线传输性能没有明显影响，具有很强的鲁棒性（图2）。
图2 高弹性Type-I互连线的传输特性和鲁棒性
并且，作者尝试扩展信号传输功能，通过金属表面的图案化设计，实现了阻带信号传输特性，并对其在拉伸过程中信号传输效率进行仿真模拟与实验验证，阻带中心频率可随拉伸实现动态红移，同时阻带传输功能可很好的保持，展现出其对结构形变的强鲁邦性。此外，作者还对拉伸后互连线在不同频点处的能量转移能力进行了验证（图3）。
图3 具有可调阻带Type-II互连线的传输特性
最后，基于弹性互连线的强场束缚性和强鲁棒性等特征，作者将其应用于体上织物无线信号传输，将Type-I和Type-II互连线置于手臂和腹部附近时，宽带和阻带信号传输功能没有受到明显影响；另外，作者分别选取商业同轴线和所提出的弹性互连线用于生理信号传输，天线接收到来自心跳的机械振动后，将信号经上述传输线传输到计算机，工作频率为2.4 GHz，提取出10秒内的周期性心跳信号，据此评估其心率分别为86 bpm和81 bpm，均在正常心率范围内；并且Type-I和Type-II两种互连线的力-位移曲线均展现出其高可拉伸特性（图4）。
图4 人工等离子体互连线的体上无线信号传输及力学性能实验验证
三 未来展望
剪纸超表面可以为体联网提供一个前景广阔的多功能平台。基于射频表面等离激元理论，作者实验测量验证了沿身体表面的宽带和阻带无线信号传输的高效性和安全性。同时，基于剪纸工程的高弹性互连线的力学响应保证了日常运动穿着对超表面纺织品应用的需求。总之，所提出的可变形人工等离子体互连线具有制造策略简单、传输效率高、强鲁棒和功能定制化等特点，有望为体联网系统中的弹性器件开辟另一条途径。
四 作者简介
陈红胜教授现任浙江大学信息与电子工程学院教授、院长，IEEE Fellow，教育部长江特聘教授，国家杰出青年基金获得者。相继入选中组部首批青年拔尖人才、教育部新世纪人才，获全国百篇优秀博士学位论文奖、教育部霍英东青年教师奖、国家自然科学基金优秀青年基金。陈红胜教授的主要研究方向包括新型人工电磁结构、异向介质、电磁波隐身、深度学习与智能电磁波调控等。
王作佳博士，百人计划研究员，电子工程系副系主任，浙江省先进微纳电子器件智能系统及应用重点实验室副主任，国家优青，获中国电子学会优秀博士学位论文奖，入选中国科协青年人才托举工程。曾任电磁信息与电子集成创新研究所副所长、浙江大学农业与生物技术学院专聘副院长。主要研究方向包括人工电磁媒质、折纸超表面、运动介质电磁成像与感知、智能微波/毫米波器件、手性天线等。
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