基于有序导电纤维的自解耦三维运动传感器及其在人体姿态重建中的应用

研究人员开发了一种基于有序导电纤维的自解耦三维运动传感器，通过垂直集成单轴压力传感单元和双轴应变传感单元，实现了对人体运动的三维矢量感知和自动解耦。该传感器具有2°的方向分辨率和100 kPa/100%的检测范围，交叉干扰仅2.08%。基于此构建的可穿戴三维运动捕捉系统能准确识别运动模式（准确率99%），并在虚拟现实环境中实现实时姿态重建与可视化，为人机交互、元宇宙和远程医疗提供了新方案。

　　

这项突破性研究展示了基于有序导电纤维构建的自解耦三维运动传感器（Self-Decoupled 3D Motion Sensors）的创新设计。通过巧妙地将单轴压力传感单元和双轴应变传感单元垂直集成，这种智能传感器能像"分子剪刀"般精准分解人体运动——自动将其解析为法向压力分量和两个平面应变分量，三个正交轴向的信号强度直观反映运动幅度和方向。

该传感器展现出令人惊艳的性能参数：2°的超高方向分辨率、100 kPa（压力）和100%（应变）的宽检测范围，而单元间串扰仅2.08%FS。研究人员进一步开发了可穿戴三维运动捕捉（3D motion-capture）系统，该系统不仅能以99%的准确率识别运动模式，更能在虚拟现实（VR）环境中实现肢体姿态的实时重建与可视化同步。

这项技术的精妙之处在于采用定制化机电特性的弹性体网格——通过调控纤维取向来制备。将不同取向的弹性体网格有序堆叠，就像搭建"多维感知的神经网络"，使传感器具备三维运动的自解耦能力。这种创新方案为人机交互（HMI）、元宇宙（metaverse）和远程医疗（telemedicine）等智能社会应用提供了全新的技术路径。