实现灵敏度与基准电阻独立调控技术
庆熙大学11日表示，信息显示学系教授 Jin Seonghun 的研究团队开发出一项创新传感器设计技术，可分别独立调节柔性应变传感器的核心性能指标——灵敏度（应变系数，GF）和基准电阻（$R_0$）。
研究团队与韩国极地研究所开展合作研究，通过无线方式实时测量麻醉状态下的老虎、猞猁等大型野生动物的呼吸，成功验证了该技术的现场应用能力。此次研究成果已正式发表于纳米与微米科学领域的国际权威期刊《Small》。
应变传感器能够将微小的机械形变转化为电信号，是可穿戴设备和智能医疗监测系统的核心组件。然而，传统柔性应变传感器存在一个长期难以克服的局限：提高或改变灵敏度时，形变前的初始电阻——基准电阻也会随之变化。因此，这类传感器难以同时满足信号处理电路所需的最佳电阻值和用户期望的灵敏度，进而阻碍了电路集成和商业化应用。
研究团队设计了一种新工艺，在形成裂纹的SU-8/PDMS双层基板上喷涂单壁碳纳米管。其机制是通过形成基板裂纹时施加的“预应变”控制灵敏度，并通过调节“碳纳米管分散液的喷涂量”独立控制基准电阻。研究团队将核心特性分离为可相互独立调控的工艺变量，提高了传感器定制设计的自由度。
实际性能测试结果显示，在固定预应变的情况下调节碳纳米管喷涂量，基准电阻变化约5.9倍，灵敏度变化则仅约为1.15倍。反之，在固定喷涂量的情况下改变预应变，灵敏度变化约达4.4倍，而基准电阻的变化幅度被控制在2倍以内。实验由此证明，调节一项指标时，可以最大限度地减少对另一项指标的干扰。
研究团队还通过计算机模拟，阐明了具体工作原理：裂纹边界处的碳纳米管网络导电路径会随着物理形变而连接或断开，从而带来较高的传感器灵敏度。此外，团队将该传感器与薄膜晶体管结合，研发出可将应变转换为频率信号的电路，并成功演示了对微弱发声振动、脉搏以及手腕关节大幅动作的精准检测。尤其是通过采用与蓝牙无线通信模块一体化的传感器，进一步拓展了现场验证的范围。
研究团队与韩国极地研究所合作，将传感器贴附在因手术而处于麻醉状态的西伯利亚虎和猞猁身上，以无线方式实时监测其呼吸频率。猞猁的呼吸频率为每分钟22至23次，测量精度与现有商用生理信号监测仪完全一致。对于西伯利亚虎，传感器也精准捕捉到了因麻醉而降至每分钟2至3次的极其微弱的呼吸。这一成果实现了对传统临床电信号设备无法检测的生理信号进行精准测量。
Jin Seonghun教授表示：“通过与韩国极地研究所密切合作，我们在极难控制的大型野生动物现场实时测量了呼吸，验证了这项技术出色的实用性和可靠性。期待今后这项技术不仅能应用于人体可穿戴医疗设备，还能成为野生动物远程生物监测等生态保护领域的核心传感器技术。”
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