摘要：柔性可穿戴应变传感器作为未来物联网不可或缺的基本核心组件，在健康监测、姿态识别、工程材料机械形变监测、人机接口以及软体机器人等多个领域具备巨大的应用潜力，其技术发展对相关产业升级具有重要推动作用。传统柔性可穿戴应变传感器主要将机械形变转换为电流或电压等电信号，
柔性可穿戴应变传感器作为未来物联网不可或缺的基本核心组件，在健康监测、姿态识别、工程材料机械形变监测、人机接口以及软体机器人等多个领域具备巨大的应用潜力，其技术发展对相关产业升级具有重要推动作用。传统柔性可穿戴应变传感器主要将机械形变转换为电流或电压等电信号，这类传感器存在显著短板。其需通过复杂布线与大型设备相连以完成数据收集和处理，由此引发高功耗、信号读取延迟、工作范围受限以及用户体验不佳等一系列问题，严重阻碍了该类传感器的实际应用落地。柔性力致变色 / 力致发光应变传感器虽能实现将应变信号转化为颜色信号的突破，但仍面临关键技术瓶颈。一方面，“颜色到应变值转换” 的精准度不足；另一方面，测试环境色温变化易对检测结果产生干扰，导致传感器准确性难以得到有效保障，限制了其技术推广。
SFLC 薄膜结构设计采用独特的三明治结构，具体由三层组成：底层为含有荧光材料（ZnS:Cu）的硅胶层（ZnS:Cu-SG），该层在紫外线照射下可发出蓝绿色荧光；中间层为弹性体（PDMS），主要作用是提升薄膜的机械性能；顶层为碳纳米管（CNTs）构成的荧光屏蔽层。该薄膜结构简单，易于制造，同时具备优异的柔性和防水特性，能够承受反复的弯曲、扭转和拉伸等复杂形变。经过 500 次的弯曲、扭转或拉伸循环测试后，其 R、G、B 值的百分比变化不超过 5%，机械稳定性突出。此外，ZnS:Cu-SG/PDMS 薄膜的最大拉伸应变超过 150%，最大载荷约为 6.2 kPa，在 20% 至 100% 应变范围内的加载 - 卸载循环中表现出良好的恢复能力和可逆应变行为，经过 20 次循环拉伸后未出现显著的负载降低。
AIFWMLS 系统集成创新性地将 SFLC 薄膜与基于深度学习的颜色数据处理系统（CDPS）相融合，以智能手机作为核心媒介实现无线连接，无需复杂的布线或无线通信单元，极大降低了系统的制造和使用难度与成本。构建了单通道 CNN-GRU 深度学习神经网络模型，该模型由单通道 CNN、两层 GRU 和全连接层（Dense）组成，专门负责处理从 SFLC 薄膜提取的颜色特征信号，并将其转换为精准的应变值。同时，该模型能够自动校正因测试环境色温变化而产生的误差，显著提升了应变检测的准确性，其性能优于 1D-CNN 和 1D-GRU 神经网络。
在松弛状态下，SFLC 薄膜顶层的致密碳纳米管（CNTs）层会对紫外光以及底层 ZnS:Cu-SG 层发出的荧光起到有效的屏蔽作用，此时检测设备捕捉到的荧光信号非常微弱。当薄膜受到机械力发生形变时，会出现两方面的关键变化：一方面，ZnS:Cu 材料本身具有力致发光特性，其荧光强度会随形变增强；另一方面，顶层的 CNTs 层会因形变产生裂纹与缝隙，使得紫外光能够顺利穿透并激发底层荧光，同时底层发出的荧光也能透过这些裂纹和缝隙向外传播，最终导致检测到的荧光信号显著增强。智能手机通过摄像头捕捉 SFLC 薄膜的荧光颜色变化，进而提取出对应的 R、G、B 颜色值特征。这些颜色特征数据被传输至 CNN-GRU 神经网络模型，模型经过运算处理将颜色数据量化为精准的应变值，完成从视觉信号到量化数据的完整转换过程。彻底突破了传统传感器的布线限制，以普及率极高的智能手机作为数据采集和传输终端，不仅简化了系统结构，还大幅降低了设备的制造与使用成本，同时显著提升了用户体验，更符合可穿戴设备的便携化需求。具备卓越的色温校正能力，经该系统校正后，应变预测决定系数（R²）从 0.929 大幅提升至 0.998，均方误差（MSE）和平均绝对误差（MAE）分别降至 0.018 和 0.014，有效解决了环境色温对检测准确性的干扰问题，确保了在不同光照环境下的检测精度。机械性能表现优异，兼具出色的柔性与耐用性，能够适应各种复杂的形变场景，满足长期反复使用的需求，为其在多领域的实际应用提供了可靠的性能支撑。手势识别领域基于 AIFWMLS 系统成功构建了智能手套可穿戴应变传感器，该智能手套嵌入了 5 片 SFLC 薄膜，能够通过智能手机与云端数据处理系统实现高效联动。为应对色温变化对手势识别的影响，研究团队收集了不同色温下佩戴智能手套的中国数字手势数据用于训练神经网络。训练过程在 200 次迭代后完成，损失值（交叉熵损失）曲线收敛且精度达到 98%。最终，该系统对 11 种中国数字手势识别的整体准确率达到 97.3%，F1 值介于 94.5%-100% 之间，能够快速在智能手机终端显示识别结果，在手势与姿态识别领域展现出巨大的应用潜力。加密设备领域利用 SFLC 薄膜的特性开发了潜在的加密设备应用，具体是在 SFLC 薄膜底层采用不同颜色荧光粉与硅胶混合而成的油墨书写字母和字符（如 “UPC” 和 “I ♥”），从而将信息编码到 SFLC 薄膜中。在松弛状态下，顶层致密的 CNTs 层会屏蔽来自底层编码信息的荧光，使得编码内容无法被观察到；而当薄膜被拉伸时，CNTs 层出现的裂纹和缝隙会让荧光的透射率显著增加，在紫外光照射下，原本隐藏的编码字母和字符就能清晰显现，实现了信息的加密与解密功能。技术层面，成功突破了比色应变传感器 “颜色到应变值转换” 的核心瓶颈，有效解决了环境干扰导致的准确性问题，为柔性可穿戴应变传感器技术的发展提供了重要的技术突破方向。产业层面，推动柔性可穿戴应变传感器从实验室研究阶段逐步走向消费市场，为物联网终端设备的创新发展提供了核心技术支撑，有助于带动相关产业链的升级与发展。应用层面，进一步拓展了智能传感技术在人机交互、信息安全等领域的应用边界，为后续更多创新应用场景的开发奠定了基础，具有广阔的产业化前景和巨大的市场价值。 来源：这是个很拽的名字
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