柔性可穿戴聲學傳感技術進展綜述

聲音在我們對世界的感知中起著至關重要的作用。它使我們能夠交流、學習、發現潛在危險、診斷疾病等。然而，傳統的聲學傳感器由于形狀尺寸的限制、過于剛性且笨重的特點，限制了其潛在應用。最近幾年，新型柔性聲學傳感器從最初的理論研究到如今在可穿戴設備及其智能服裝中的實際應用都取得重大進展。這些設備和服裝可以適應柔軟、彎曲和可變形的表面或環境，為醫療保健、生物醫學等領域的重大挑戰提供獨特的解決方案。

近日，東華大學朱美芳院士、嚴威教授在Advanced Materials發表了題為“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傳感技術的材料、物理結構和應用做了深刻的剖析。新型柔性可穿戴聲學傳感器由于其高柔韌性、超低重量、高生物相容性，以及與傳統平臺相當的傳感精度和可靠性等特點，通過協同利用機器學習和人工智能，靈活可穿戴的聲學傳感器正在成為一種變革性技術，為蓬勃發展的物聯網、元宇宙以及精準醫療實現產業賦能。

圖1 聲學傳感基本原理

圖2 用于水下監聽的聲學傳感器

圖3 可穿戴聲學傳感器在醫療保健中的應用

在應用需求的推動下，聲學傳感器取得了顯著的進步。已經從最早的碳麥克風和最近的手持音頻電子麥克風發展到最先進的薄膜和織物形狀的聲學傳感器。這種演變意味著復雜度的重大飛躍，以適應不斷變化的各種應用的需要?？偟膩碚f，在未來，聲學傳感將對許多關鍵領域產生重大影響，并成為技術進步的巨大推動力。針對聲學傳感器未來技術挑戰，文章指出應從以下幾個方面進行應對：

（1）開發各種先進材料，包括聚合物、碳材料、活性材料和復合材料，以擴展聲學傳感能力；

（2）通過學習自然結構，開發新型聲學傳感器，以適應復雜環境下的不同應用；

（3）采用耐用材料及有效的封裝設計，使其能長期穩定運行；

（4）智能制造，采用計算機輔助設計、探索綠色和可持續的制造路線，提高耐用性和集成度；

（5）跨學科合作，推動聲學傳感技術的進步性及實用性，促進與云計算、人工智能、5G和物聯網集成等其他尖端技術的跨學科合作，為各個行業開辟廣泛的可能性。

圖4 聲學傳感器的發展和未來趨勢

審核編輯：劉清