据悉，可穿戴触觉传感器已广泛应用于人体健康监测、运动监测、人机交互和人工假体中。

上海交通大学姜学松教授团队通过表面皱纹建立所产生的应变和光信号之间的相关性，在双层起皱系统对表面皱纹的超强应变灵敏度的基础上，展示了一种新颖的可穿戴光学传感器设计策略。光信号的矢量特性可以实现对应变大小和方向的同时测量。此外，通过显著的结构颜色变化实现了微小应变的交互可视化检测，皱纹的超灵敏性和光信号的非线性成功放大了应变信号。该传感器还具有电气安全性和对电磁干扰的免疫力，因此可以在检测各种复杂的轻微应变中找到潜在的应用。这项研究以“Strain-ultrasensitive surface wrinkles for visual optical sensor”为题发表在著名期刊Materials Horizons上。

【基于皱纹的可穿戴光学传感器策略】

作者以聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）为基材、含蒽共聚物（PAN-BA）的旋涂薄膜为表层制造了可穿戴光学传感器。将PAN-BA的浓度固定为6 wt%以获得更好的皱纹形貌。蒽（AN）基团由于对紫外线（UV）的敏感而能够选择性起皱。AN基团光二聚化后，聚合物网络交联、顶膜模量增加。其在外部应变下实现了由起皱和平坦表面之间转变引起的明显颜色变化，证明了交互式可视化的应变测量，且这种颜色切换对应变非常敏感。

图1 基于表面皱纹的可穿戴光学传感器策略

【可穿戴光学传感器的应用】

为了展示的可穿戴光学传感器在表面皱纹检测复杂轻微应变方面的潜在应用，作者对人体和其他物体进行了一系列实验。作者将传感器应用于人体手腕和假肢手腕，当人类手腕或假体手腕轻微弯曲到很小程度时，附着在关节上的传感器的明亮干涉颜色迅速变得不可见，表明可视化检测到细微的应变。通过反射衍射图案和相应的视角可以获得精确的手腕弯曲度。基于随机皱纹的传感器还提供了应变的准确检测。作者还将可穿戴式光学传感器应用于其他地方，例如人指和人工手指。作者还将其成功地应用于桥梁模型，模拟桥梁变形的可视化检测。作者提供了桥梁轻微变形或振动的可视化检测，证明了其多功能性和在各个领域的潜在应用。

图2 基于表面皱纹的可穿戴光学传感器的应用

【总结】

作者展示了一种对表面皱纹具有超强应变敏感性的光学传感器简便而稳健的设计策略。由于光信号的矢量特性，可以使用单个光信号同时检测应变幅度和方向。因此，由于应变与起皱之间建立的相关性，可以通过反射光信号的变化获得运动类型。通过使用这种基于皱纹的传感器，由薄膜干涉颜色的显著变化实现对轻微应变的视觉检测。这项研究所提出的策略可以在检测复杂的轻微应变中找到潜在的应用，例如微弱的人体运动或物体的变形。