弯曲传感器作为柔性可穿戴电子器件中不可或缺的一种，广泛应用于人体健康监测、运动监测、以及人机交互。近十年来，研究者们主要基于两种策略推动弯曲传感器的发展。一种策略是设计与合成新型活性材料，如金属纳米粒子与纳米线、导电聚合物、以及碳基材料等。材料创新虽然是拓展传感器传感功能的强有力工具，但新材料的工业成本难以预估。另二种策略是利用现有的商用材料，通过结构设计改善传感器的性能。结构设计的优点是可以根据目标传感功能挑选合适的低成本材料制备柔性传感器。

五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心的罗坚义教授团队设计了一系列纤维结的结构模型（图1）。根据此结构模型，将两根纤维在柔性电路板（FPC）上简单地钩连成一个结，实现了一个具有方向性识别的弯曲传感器。（此结构模型具有普适性，作者分别采用市场上购买的碳纤维、石墨烯纤维、以及不锈钢纤维作为传感材料，按照作者提出的结构模型制备的弯曲传感器都具有方向性识别的特性）

▲图1 纤维结结构模型图

作者随后对弯曲传感器的性能进行表征，结果表明弯曲角度的大小和方向与电信号的关系可以通过理论公式（见公式1）进行描述。采用这种简单可行的方法制备的弯曲传感器还具有高分辨率（1°）、较宽的工作范围（-90°至+90°）、以及动态弯曲耐久性好等优点。

                                                                 (公式1)

▲图2 弯曲传感器应用于检测关节弯曲

▲图3 弯曲传感器应用于检测肌肉收缩（分辨最佳健身动作）

在应用方面，作者根据弯曲传感器的特性分别将其应用于检测关节弯曲和肌肉收缩（图2，图3）。在关节弯曲检测中，弯曲传感器除了可以识别关节弯曲的角度，还能分辨出关节弯曲的方向。在肌肉收缩检测中，弯曲传感器能够识别出健身动作是引起肌肉收缩还是肌肉舒张，以及分辨出对肌肉锻炼效果最佳的健身动作，对健身运动具有指导作用。

综上所述，作者基于提出的结构模型，利用现有的导电纤维材料，采用一种简单的方法制备了方向识别的弯曲传感器。

以上成果以“Fiber-junction design for directional bending sensors”为题发表在柔性电子领域国际顶刊Nature合作期刊npj Flexible Electronics上，这项研究工作是在五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心、五邑大学应用物理与材料学院、五邑大学智能制造部、五邑大学艺术学院、以及广东天物新材料科技有限公司共同协作下进行的，文章的第一作者是五邑大学应用物理与材料学院2021届硕士研究生李准董，通讯作者为五邑大学陈智明博士和罗坚义教授。此外，该研究还得到来自五邑大学智能制造学部和艺术设计学院的技术支持。

文献及DOI：

Fiber-junction design for directional bending sensors.

DOI：10.1038/s41528-021-00102-2.