综述：柔性可穿戴设备在航天员健康监测中的应用：现状与挑战

（编辑推荐）本文系统阐述了柔性可穿戴设备（FWD）在航天医学中的突破性应用，通过PPG、ECG、EMG等多模态传感器实时监测微重力环境下心血管、肌肉骨骼及中枢神经系统（CNS）变化，并探讨了材料稳定性、数据隐私等挑战，为深空探索健康管理提供创新解决方案。

　　

柔性可穿戴设备在航天员健康监测中的革命性应用

1. 引言

太空探索的极端环境——包括微重力、宇宙辐射和温度剧烈波动——对航天员生理系统产生深远影响。研究表明，长期暴露于微重力会导致骨密度每月下降1-2%，同时引发心肌质量减少和肌肉萎缩。柔性可穿戴设备通过集成光电体积描记术（PPG）、肌电图（EMG）等传感器，实现了对航天员生理参数的连续性监测，为太空医学带来范式变革。

2. 核心应用领域

2.1 心血管健康监测

PPG传感器通过检测血管内血流变化，可精准捕捉微重力导致的血压波动；而心电图（ECG）传感器则能识别心脏电传导异常。最新研发的磁弹性发电机（MEG）技术，利用软磁材料将生物力学能转化为电能，为这些传感器提供了自供电解决方案。

2.2 肌肉骨骼系统监测

采用混合维度有机聚合物异质结构增强的压电传感器，可实时追踪航天员运动时肌肉电信号（EMG）和三维姿态（通过惯性测量单元IMU）。例如，模仿鸟类飞行的螺旋运动模式，配合可拉伸基底上的触觉传感器，能有效评估核心肌群训练效果。

2.3 中枢神经系统监测

柔性脑电图（EEG）传感器可检测认知负荷变化，而眼动追踪技术则能评估太空环境对视觉信息处理速度的影响。值得注意的是，心率变异性（HRV）分析已成为评估自主神经系统应激反应的重要生物标志物。

2.4 环境适应性监测

基于天然聚合物（如丝素蛋白、壳聚糖）的气体传感器可实时检测舱内NO浓度，其优异的生物相容性避免了长期佩戴引发的皮肤过敏反应。

3. 技术挑战与突破

3.1 新材料与传感器

铁磁材料在射频/微波段的特性变化启发了新型无线被动式温度传感器；而摩擦纳米发电机（TENG）则通过航天员步态发电，显著提升设备续航能力。

3.2 智能算法

深度学习模型对生理信号的去噪处理使假阳性率降低40%，边缘计算技术的应用更实现了舱内数据的实时边缘分析。

3.3 跨学科融合

材料科学家与认知心理学家的合作催生了具有触觉反馈功能的智能织物，其杨氏模量<10 kPa的特性完美贴合人体曲线。

4. 未来展望

受鱼类游动启发的仿生运动监测系统、基于纤维素纳米晶的辐射屏蔽材料，以及能同时监测O₂
分压和CO₂
浓度的双模传感器，将成为下一代太空可穿戴设备的发展重点。正如研究者所言："柔性电子技术正在重塑太空医学的边界——从分子级别的生理变化到宏观任务决策支持。"