一种用于解决固有电机械耦合的统一机械离子皮肤

《Nature Communications》：A unified mechano-ionic skin for resolving native electromechanical coupling

　　

摘要

心脏兴奋与动脉脉动传播之间的逐搏电机械耦合蕴含着重要的心血管信息，但在可穿戴设备中，由于传感器之间的空间分离以及表皮信号的衰减，难以实现这种耦合关系的解析。在此，我们提出了一种统一的机械离子皮肤，它通过传导生物电势，并沿着单一的离子传导路径高效转换动脉压力，从而保持这种耦合关系。通过将分子级阳离子固定与微观应力集中相结合，我们的设计打破了离子动力学的对称性。这使得该材料的压电离子灵敏度高达1071?mV?kPa^?1，比现有的最佳离子导体高出两个数量级以上。该材料能够同时解析脉搏波和心电图，避免了传感器间的同步误差。将该接口应用于手环中，可实现逐搏血压监测，并在日常休息状态下持续追踪心血管功能，这表明通过精确调控离子动力学，可以将多模态感官融合作为软物质的内在特性来设计。