作为一项新兴技术，柔性压力传感解决了传统刚性半导体方法无法适形适应各种不规则表面的问题。近年来，随着可穿戴电子、物联网和人机交互的快速发展，可穿戴设备的关键性能在感知范围方面得到了显着提升。然而，大多数报道的工作只关注优化可穿戴设备的电子读数，这需要庞大的设备或有线连接将它们转换为人类可识别的数据形式和波形。无法对直接刺激做出即时响应，限制了其在小型化、便携化、实时检测等特定场景下的应用，并导致在恶劣的外部环境下难以处理和传输。

目前，大多数交互设备都是由物理连接的独立压力传感器和显示元件组成，不符合小型化和高集成化的发展趋势。将这两种功能结合在一个设备中并简化配置的才刚刚开始探索。受章鱼二合一反应的启发，章鱼可以感知和可视化刺激，来自济南大学和北京理工大学的学者提出了一种基于离子传感和电致变色显示的集成混合装置，可用于交互式压力感知。通过有效地重复使用电极和离子凝胶，该设备能够进行定量感应并根据压力直接改变颜色。得益于其优异的综合性能，在压力信息的交互感知、压力调节下视觉信息的隐藏与显示、柔性板上的反复书写和擦除等应用领域得到了探索和验证。值得注意的是，实施了具有改进设计灵活性的多个定制系统，以提供对行为状态和生理参数的远程监控和视觉警告。这项研究使解决方案多样化，以实现压力检测和可视化之间的直接联系。相关文章以“Wearable Hybrid Device Capable of Interactive Perception with Pressure Sensing and Visualization”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202203585

图1. a）受章鱼启发的可穿戴混合设备示意图，其能够通过压力传感和可视化进行交互式感知。b） 混合器件的整体结构和c）制造工艺和扫描电镜图像。d） 说明混合设备的各种应用。

图2. a） 器件中的相对电容变化。b） 在不同测试频率下，由13 wt.%凝胶层组成的器件的相对电容变化。c） 设备的灵敏度比较。d） 当对器件施加0.8 Pa的压力时的相对电容响应。e） 设备的响应和恢复时间。f） 器件在不同重复压力下的相对电容响应。g） 设备耐压试验。h） 设备的弯曲稳定性试验。

图3. a） 循环伏安图。b） 不同电压下的ECD透射光谱。c） ECD发展中的透射率变化。d） 方波下的电流响应。e） 在300次重复的正负电位循环下进行ECD稳定性测试。f） 弯曲ECD 100次、200次、300次、400次后连续十条透明曲线，用以验证弯曲耐久性。

图4. a） 混合器件的离子压力传感机构及其等效电路示意图。b） 设备在 0、1、4 和 16 kPa 压力下的接触应力分布，通过有限元分析确定。c）设备电致变色机制的图示。W元素在d）漂白状态和e）有色状态下的XPS光谱。f） WO3薄膜在有色和漂白状态下的拉曼光谱。

图5. a） （I）电容响应和（II）器件在不同压力和物体下的相应可视化效果。b） （I）电容响应和（II）器件在不同手指弯曲状态下的相应可视化效果。c） 去除外加压力后装置的保色特性。

图6. a） （I）说明交互式混合装置与ESP32单片机的组合，用于视觉信息的隐藏和显示，（II）和（III）视觉信息的隐藏和显示，分别通过压力控制下的颜色变化。b） （I） 在柔性板上书写的插图，（II） 书写、擦除和重写过程中的图像，以及 （III） 处于弯曲状态的装置.

图7. a） 智能眼镜系统示意图和功能区域的详细视图。b） 智能眼镜系统运行流程图。c） （I） 整个系统的照片，包括整个电路和电池。（II−IV）测得的实时生理参数（脉冲和咀嚼）响应以及智能眼镜图像的相应变色警告效果.

综上所述，本研究通过分区设置和功能层的有效重用，成功开发了一种同时集成精确压力检测和可视化的可穿戴交互式混合设备。得益于微结构设计下的离子传感，该器件具有出色的传感性能，包括高灵敏度、低LOD和快速响应。同时，对于电致变色，该器件具有透射率调制大、驱动电压低、耐久性强等优点。这种综合性能使设备能够实时准确、定量地监测压力，并通过视觉信号定性地描绘不同的状态，例如易于区分的颜色变化。结合这两个优点，本文证明了单个设备可以获取施加压力的大小和位置、受压物体的形状以及设备的弯曲状态，并通过双信号将其可视化，并将信息保持一段时间。

此外，压力控制的颜色变化能够有效隐藏或显示视觉信息。使用自制的离子凝胶刷，在柔性板上演示了任意图案的重复书写和擦除。最后，本文还开发了一种智能眼镜系统，包括所提出的混合设备、小型化 MCU 和定制的 3D 打印眼镜，以监测生理参数。系统采集的压力信号通过无线传输到平板电脑，使佩戴者能够实时监测生理信号。值得一提的是，现场实现了异常信号颜色预警功能。因此，可以在初始阶段观察身体症状，这有助于及时提供准确和有针对性的治疗。这项研究为结合压力传感和变色可视化的二合一混合设备铺平了道路，这可以为未来交互式柔性电子产品的设计提供新的见解。