振動(dòng)是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，振動(dòng)信號(hào)中蘊(yùn)含著豐富的信息，可以用于表征聲音、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、人體生理信息和機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)等。磁電式振動(dòng)傳感器是檢測(cè)振動(dòng)最常用的方法之一，這類(lèi)傳感器能夠兼容較寬的濕度和溫度范圍，具有壽命長(zhǎng)和耐用性高等優(yōu)良特性。小型化和柔性化是磁電式振動(dòng)傳感器發(fā)展的重要方向，然而具有特定磁極序列的柔性永磁體限制了全柔性磁電式傳感器的實(shí)現(xiàn)。
鑒于此，天津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)柔性電子實(shí)驗(yàn)室的黃顯教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)折紙工藝實(shí)現(xiàn)的磁性增強(qiáng)和可編程磁極序列的柔性永磁薄膜，結(jié)合柔性電子技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了一種全柔性磁電式振動(dòng)傳感器。在此研究中，團(tuán)隊(duì)將一個(gè)柔性磁振子置于由多層柔性線圈、環(huán)形柔性磁薄膜和彈性薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中（圖1a）。其中，環(huán)形磁膜通過(guò)折紙工藝實(shí)現(xiàn)，多層柔性線圈由柔性電子加工工藝制備而成（圖1b）。該傳感器能夠靈活安裝在皮膚和機(jī)器表面，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、生理信號(hào)監(jiān)測(cè)和機(jī)器狀態(tài)評(píng)估等多種傳感功能（圖1c）。由于這一全柔性的微機(jī)電傳感器（MEMS）能夠承受重復(fù)的彎曲和變形，因此更適用于彎曲表面和可變形物體（圖1d）。
團(tuán)隊(duì)對(duì)器件的磁場(chǎng)特性進(jìn)行了仿真與測(cè)量（圖2a-d），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，折紙環(huán)形磁膜的引入不僅調(diào)節(jié)了磁場(chǎng)的整體分布，使磁場(chǎng)能夠覆蓋整個(gè)線圈所在的區(qū)域，并使器件整體的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加了291%以上。此外，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了器件的振動(dòng)模型，在理論層面分析了器件結(jié)構(gòu)的有效性（圖2e）。
團(tuán)隊(duì)展示了該器件在動(dòng)作檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別（圖3a-d）、生理信號(hào)傳感（圖3e-f）、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及機(jī)器狀態(tài)評(píng)估等多種場(chǎng)景下的應(yīng)用，展示了器件的多功能性。也展示了柔性電子技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行語(yǔ)音和機(jī)器狀態(tài)識(shí)別的可能性。
文中提出的全柔性MEMS傳感器為現(xiàn)有的多模態(tài)機(jī)械傳感器和能量采集器件提供了更多的選擇，可能會(huì)啟發(fā)更多生物傳感、物理傳感和能量采集器件的研究。
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Yicong Zhao,?Shenghan Gao,?Xin Zhang,?Wenxing Huo,?Hang Xu,?Cheng Chen,?Jiao Li,?Kexin Xu,?Xian Huang.?Fully Flexible Electromagnetic Vibration Sensors with Annular Field Confinement Origami Magnetic Membranes.?Advanced Functional Materials.?2020, 2001553.?(https://doi.org/10.1002/adfm.202001553)
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