剪纸结构水凝胶应变传感器赋能人机交互应用和摩斯密码识别
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发布时间：2024-05-09 09:29
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时间：2024-06-01 08:38
湖南大学创新突破：剪纸结构水凝胶应变传感器引领人机交互与摩斯密码识别新篇章
在探索柔性可拉伸传感器的前沿领域，湖南大学段辉高教授团队实现了科技界的一次重大突破。他们采用独特的Kirigami剪纸结构策略，开发出了一种具有非凡性能的有机水凝胶应变传感器，这篇里程碑式的研究成果被发表在顶级学术期刊Advanced Functional Materials (IF 19.0, doi.org/10.1002/adfm.202308487)上，论文的第一作者卓凤玲博士，来自湖南大学机械与运载工程学院，通讯作者段辉高教授和周剑副教授携手合作，共同推动了这一科技前沿的革新。
研究人员通过精密融合海藻酸钠纳米纤维、导电MXene纳米片，构建了一种双网络聚合物水凝胶，它具有卓越的拉伸性（>5000%），超长的保水性能（>30天），以及显著的应变灵敏度。引入3D打印技术，他们设计出Kirigami剪纸结构，深入解析了MXene纳米片的微观滑移效应与宏观剪纸结构的协同作用，使得该水凝胶传感器的应变灵敏度高达29.1，展现出快速响应和持久耐用的特性。这些智能特性在实际应用中得以体现，如智能手套与水下机械臂的集成，实现了前所未有的水下人机交互性能，用户只需佩戴手套，便能远程操控机械臂抓取物体，展现出高效、精确的交互能力。
更令人瞩目的是，团队还研发了一套可穿戴的摩斯密码识别系统。借助机器学习算法，这款设备能准确识别并翻译字母、数字和句子的摩斯码，识别准确率超过99%，响应时间只需约0.17毫秒，为语言障碍者提供了便捷的交流手段，展现出该技术在日常生活中的广阔应用前景。
这项创新研究得到了国家自然科学基金（52075162）、湖湘青年英才计划（2023RC3099）和湖南省高新技术产业创新引领计划（2021GK4014）等项目的大力支持，以及国际知名学者傅永庆、谢建飞和骆季奎等的共同贡献。通过一系列图示，如图1-5，清晰展示了研究的创新思路、合成过程、结构设计以及实际应用的卓越性能，为高灵敏度、可拉伸和环境稳定性的有机水凝胶传感器的研发开辟了新的道路。
段辉高教授团队的这一成果，无疑为智能穿戴设备和人机交互技术的未来发展描绘出一幅令人振奋的蓝图，预示着科技与生活的深度融合将更加紧密。让我们期待湖南大学在这一领域持续引领创新，为全球科技界带来更多惊喜。
