基于压电多金属氧酸盐亚纳米线ZnBiPMo12的无线可穿戴生物电子设备及其多模态人机交互应用

《Nature Communications》：Intrinsically flexible inorganic piezoelectric subnanowire enables wireless wearable bioelectronics for non-invasive multimodal human-machine interfacing

　　

摘要

压电电子皮肤（PE-skin）在检测微小力方面具有显著优势，使其在健康管理和医疗康复的人机交互中极具前景。然而，PE-skin 通常面临实时无线传输感知数据的挑战，这可能会损害数据准确性和用户舒适度。在此，我们报告了一种基于无机压电多金属氧酸盐的亚纳米线 ZnBiPMo₁₂ 的合成，该材料具有固有的柔性和手性，压电系数为 24.9 pC/N，且具有显著的铁电性。利用其压电响应，基于 ZnBiPMo₁₂ 的 PE-skin（1）表现出高弹性以及对 0.045-0.319 N 范围内微小压力的高灵敏度。在此基础上，通过多级组装制备了一种无线可穿戴生物电子（WBE）设备（1A），实现了对人体生理信号的无创、多模态监测，包括微妙的肌肉收缩、眨眼、呼吸和全天候心率。通过集成机器学习系统，基于 1 的面部 - 计算机接口（1B）可以准确识别九种情感表情和十二个语音词。这项工作不仅引入了一种具有固有柔性的典型无机压电材料，还展示了从亚纳米材料到无线 WBE 的可扩展制造，为人体生理信号的无创、多模态监测以及高级人机交互铺平了道路。