科技日报记者 颉满斌 通讯员 余若怡
记者4月24日从兰州大学获悉，该校物理科学与技术学院兰伟教授、靳志文教授，以及美国俄亥俄州立大学李婧华教授组成的联合团队，成功研制出一种高集成度、自供能、无线智能鞋垫，可实现足底压力实时监测与多运动状态精准识别。相关研究成果近日发表在国际期刊《科学进展》上。
步态能够反映人体的运动状态、健康水平及潜在病变风险，步态监测不仅能应用于心力衰竭、帕金森病、脑卒中等疾病的早期筛查和康复评估，也可应用于运动姿态纠正、跌倒预警等。“以智能鞋垫为载体的足底压力传感监测系统，因其便携性与易集成性，在智慧医疗领域具有广泛的应用前景。”团队负责人兰伟介绍。
为实现足底压力监测以及步态的实时可视化分析，研究团队开发出一种高集成度、自供能、无线智能鞋垫。该鞋垫集成22路压力传感器，可实现高空间分辨率的压力映射，在智能手机端上便能完成实时动态可视化。集成到智能鞋垫中的压力传感器采用双非线性协同策略，展现出优异的线性度和高稳定性。
此外，研究团队开发了一种柔性钙钛矿太阳能电池，可将其贴附于鞋面，该电池可将太阳能转换成电能并储存在锂电池中，实现智能鞋垫的自供能运行。团队还进一步采用支持向量机的机器学习模型，通过AI精准识别包括坐、站、走、跑等8种运动状态。
相比依赖昂贵设备与复杂工艺的光刻等微纳加工技术，研究团队采用方糖模板构建三维多孔网络结构，显著降低了制备成本与技术门槛，为规模化生产奠定了基础。
该研究成果通过材料选择、器件结构优化及软硬件协同设计，构建了涵盖能量采集、存储与供应，信号感知、传输与可视化，以及器件制备、集成与应用的多维度可穿戴系统解决方案。“未来有望通过集成多模态传感器进一步拓展足部生理信号的监测维度与深度。”兰伟表示。
