柔性可穿戴声学传感技术进展综述

声音在我们对世界的感知中起着至关重要的作用。它使我们能够交流、学习、发现潜在危险、诊断疾病等。然而，传统的声学传感器由于形状尺寸的限制、过于刚性且笨重的特点，限制了其潜在应用。最近几年，新型柔性声学传感器从最初的理论研究到如今在可穿戴设备及其智能服装中的实际应用都取得重大进展。这些设备和服装可以适应柔软、弯曲和可变形的表面或环境，为医疗保健、生物医学等领域的重大挑战提供独特的解决方案。

近日，东华大学朱美芳院士、严威教授在Advanced Materials发表了题为“Insights into Materials, Physics and Applications in Flexible and Wearable Acoustic Sensing Technology”的综述性论文，该论文对柔性可穿戴声学传感技术的材料、物理结构和应用做了深刻的剖析。新型柔性可穿戴声学传感器由于其高柔韧性、超低重量、高生物相容性，以及与传统平台相当的传感精度和可靠性等特点，通过协同利用机器学习和人工智能，灵活可穿戴的声学传感器正在成为一种变革性技术，为蓬勃发展的物联网、元宇宙以及精准医疗实现产业赋能。

图1 声学传感基本原理

图2 用于水下监听的声学传感器

图3 可穿戴声学传感器在医疗保健中的应用

在应用需求的推动下，声学传感器取得了显著的进步。已经从最早的碳麦克风和最近的手持音频电子麦克风发展到最先进的薄膜和织物形状的声学传感器。这种演变意味着复杂度的重大飞跃，以适应不断变化的各种应用的需要。总的来说，在未来，声学传感将对许多关键领域产生重大影响，并成为技术进步的巨大推动力。针对声学传感器未来技术挑战，文章指出应从以下几个方面进行应对：

（1）开发各种先进材料，包括聚合物、碳材料、活性材料和复合材料，以扩展声学传感能力；

（2）通过学习自然结构，开发新型声学传感器，以适应复杂环境下的不同应用；

（3）采用耐用材料及有效的封装设计，使其能长期稳定运行；

（4）智能制造，采用计算机辅助设计、探索绿色和可持续的制造路线，提高耐用性和集成度；

（5）跨学科合作，推动声学传感技术的进步性及实用性，促进与云计算、人工智能、5G和物联网集成等其他尖端技术的跨学科合作，为各个行业开辟广泛的可能性。

图4 声学传感器的发展和未来趋势

审核编辑：刘清