柔性可穿戴聲學(xué)傳感技術(shù)進(jìn)展綜述

聲音在我們對世界的感知中起著至關(guān)重要的作用。它使我們能夠交流、學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)、診斷疾病等。然而，傳統(tǒng)的聲學(xué)傳感器由于形狀尺寸的限制、過于剛性且笨重的特點(diǎn)，限制了其潛在應(yīng)用。最近幾年，新型柔性聲學(xué)傳感器從最初的理論研究到如今在可穿戴設(shè)備及其智能服裝中的實(shí)際應(yīng)用都取得重大進(jìn)展。這些設(shè)備和服裝可以適應(yīng)柔軟、彎曲和可變形的表面或環(huán)境，為醫(yī)療保健、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)提供獨(dú)特的解決方案。

近日，東華大學(xué)朱美芳院士、嚴(yán)威教授在Advanced Materials發(fā)表了題為“Insights into Materials, Physics and Applications in Flexible and Wearable Acoustic Sensing Technology”的綜述性論文，該論文對柔性可穿戴聲學(xué)傳感技術(shù)的材料、物理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用做了深刻的剖析。新型柔性可穿戴聲學(xué)傳感器由于其高柔韌性、超低重量、高生物相容性，以及與傳統(tǒng)平臺相當(dāng)?shù)膫鞲芯群涂煽啃缘忍攸c(diǎn)，通過協(xié)同利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，靈活可穿戴的聲學(xué)傳感器正在成為一種變革性技術(shù)，為蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)、元宇宙以及精準(zhǔn)醫(yī)療實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)賦能。

圖1 聲學(xué)傳感基本原理

圖2 用于水下監(jiān)聽的聲學(xué)傳感器

圖3 可穿戴聲學(xué)傳感器在醫(yī)療保健中的應(yīng)用

在應(yīng)用需求的推動下，聲學(xué)傳感器取得了顯著的進(jìn)步。已經(jīng)從最早的碳麥克風(fēng)和最近的手持音頻電子麥克風(fēng)發(fā)展到最先進(jìn)的薄膜和織物形狀的聲學(xué)傳感器。這種演變意味著復(fù)雜度的重大飛躍，以適應(yīng)不斷變化的各種應(yīng)用的需要。總的來說，在未來，聲學(xué)傳感將對許多關(guān)鍵領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，并成為技術(shù)進(jìn)步的巨大推動力。針對聲學(xué)傳感器未來技術(shù)挑戰(zhàn)，文章指出應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)對：

（1）開發(fā)各種先進(jìn)材料，包括聚合物、碳材料、活性材料和復(fù)合材料，以擴(kuò)展聲學(xué)傳感能力；

（2）通過學(xué)習(xí)自然結(jié)構(gòu)，開發(fā)新型聲學(xué)傳感器，以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的不同應(yīng)用；

（3）采用耐用材料及有效的封裝設(shè)計(jì)，使其能長期穩(wěn)定運(yùn)行；

（4）智能制造，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、探索綠色和可持續(xù)的制造路線，提高耐用性和集成度；

（5）跨學(xué)科合作，推動聲學(xué)傳感技術(shù)的進(jìn)步性及實(shí)用性，促進(jìn)與云計(jì)算、人工智能、5G和物聯(lián)網(wǎng)集成等其他尖端技術(shù)的跨學(xué)科合作，為各個(gè)行業(yè)開辟廣泛的可能性。

圖4 聲學(xué)傳感器的發(fā)展和未來趨勢

審核編輯：劉清