2月18日，短跑名將蘇炳添以共同通訊作者身份，在頂級(jí)期刊《細(xì)胞》的子刊《細(xì)胞報(bào)告物理科學(xué)》發(fā)表綜述論文，該期刊影響因子達(dá)7.3。論文聚焦通過各向異性水凝膠實(shí)現(xiàn)多維信號(hào)解碼的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，不少人表示專業(yè)術(shù)語晦澀難懂，下面結(jié)合論文中的10張圖，帶大家快速了解這種神奇的“智能貼片”。

論文核心內(nèi)容

科學(xué)家研發(fā)出具有“方向感”的智能貼片，其核心是柔軟的各向異性水凝膠，可貼合皮膚精準(zhǔn)識(shí)別人體細(xì)微動(dòng)作。論文主要梳理了該貼片的研究進(jìn)展、合成方法，并探討了應(yīng)用場景與未來發(fā)展方向。

作為“亞洲飛人”，蘇炳添跨界參與研究的原因或許在于：百米賽道的勝負(fù)常取決于肌肉發(fā)力、關(guān)節(jié)角度的微小方向差異，傳統(tǒng)攝像機(jī)和硬質(zhì)傳感器難以捕捉這類細(xì)節(jié)。而該技術(shù)有望為頂尖運(yùn)動(dòng)員提供更精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測，同時(shí)也能幫助普通人糾正健身或打球姿勢、監(jiān)測心率呼吸、輔助術(shù)后康復(fù)等。

方向感的來源：向肌肉“取經(jīng)”

早期水凝膠內(nèi)部分子隨機(jī)分布，信號(hào)輸出混亂?？茖W(xué)家受人體肌肉纖維平行排列、收縮方向一致的啟發(fā)，將水凝膠分子也設(shè)計(jì)成整齊排列的結(jié)構(gòu)，使其能分辨拉伸方向，比如貼在手腕上時(shí)，可區(qū)分彎曲與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，這種分子有序排列的水凝膠就是論文中的“各向異性水凝膠”。

技術(shù)應(yīng)用：多信號(hào)監(jiān)測

這張圖是論文的“功能導(dǎo)航圖”：內(nèi)層圓環(huán)代表電學(xué)與機(jī)械性能協(xié)同；中間圓環(huán)展示可捕捉的信號(hào)類型，如肌電圖、心電圖、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；外層圓環(huán)則列出應(yīng)用方向，包括運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)分析和微生理信號(hào)捕捉。

20年技術(shù)演進(jìn)

從2004年到2025年，科學(xué)家歷經(jīng)20年優(yōu)化水凝膠特性：早期結(jié)構(gòu)簡單，后續(xù)逐步發(fā)展出層狀、多孔、含碳納米管的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及3D打印的壓電離子凝膠，實(shí)現(xiàn)了方向感知、導(dǎo)電等關(guān)鍵功能。

微觀結(jié)構(gòu)：排列整齊的證據(jù)

無方向性的水凝膠內(nèi)部分子雜亂（圖A左下），而如今的各向異性水凝膠在微米級(jí)（頭發(fā)絲的幾十分之一）電子顯微鏡下仍排列整齊（圖A上、圖B、圖C），這種微觀規(guī)律排列賦予了水凝膠精準(zhǔn)的方向感。

分子排列方法：多種創(chuàng)新手段

為讓水凝膠分子整齊排列，科學(xué)家嘗試了多種方法：用電紡絲技術(shù)“紡”出纖維（圖A）、3D打印“擠”出結(jié)構(gòu)（圖B）、模板法“卡”出形狀（圖C）、拉伸誘導(dǎo)“塑”出排列（圖D），甚至摻入磁性顆粒用磁鐵“吸”成一排（圖E、F）。

復(fù)雜動(dòng)作識(shí)別與危險(xiǎn)警示

分子整齊排列讓貼片具備方向辨別能力：圖A顯示，手腕做彎曲、側(cè)偏和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，傳感器記錄的信號(hào)波形完全不同，能明確區(qū)分動(dòng)作方向。貼在膝蓋上時(shí)，不僅能檢測膝蓋彎曲，還能識(shí)別危險(xiǎn)的側(cè)向扭曲，為跑步或打球人群提供損傷預(yù)警。此外，該技術(shù)還可應(yīng)用于機(jī)器人，反饋肘、腕、手指等關(guān)節(jié)動(dòng)作（圖D）。

超高敏感度：捕捉微小變化

貼片在具備方向感的同時(shí)敏感度極高，貼在肘部、手腕、手指、喉嚨、頸部、腿部等部位，能捕捉輕微活動(dòng)。例如，模板法制備的PAM/(Ca-Alg)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，檢測靈敏度達(dá)0.03%應(yīng)變，相當(dāng)于能察覺蚊子落在皮膚上的微小形變。這種高敏感度可更精準(zhǔn)監(jiān)測身體活動(dòng)，還能輔助監(jiān)測心跳、呼吸、吞咽等生理信號(hào)，未來或許胸口貼個(gè)貼片就能測心跳，比醫(yī)院設(shè)備更便捷。

附加“超能力”：耐用與多功能

近年貼片還新增了多種功能：圖A的雙層“陰陽膠”底層粘皮膚牢固不易脫落，頂層抗污且導(dǎo)電性能好；圖B的“導(dǎo)電膠”加入碳納米管，增強(qiáng)特定方向?qū)щ娦?；還有能同時(shí)測拉伸、溫度和濕度的“多模態(tài)膠”（圖C），以及拉伸時(shí)變色的“變色膠”（圖D）。

AI結(jié)合：私人教練與康復(fù)助手

該貼片已進(jìn)入實(shí)際測試：圖中展示了跳繩、打羽毛球、投籃、騎車等場景，多方向傳感設(shè)備結(jié)合AI系統(tǒng)，錯(cuò)誤姿勢識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)98.7%（圖A），還能記錄體溫和呼吸變化（圖D）。不過技術(shù)落地前仍需解決一些問題，比如結(jié)實(shí)度與靈敏度的平衡、出汗對(duì)信號(hào)的影響、反復(fù)拉伸后方向感減弱等。

隨著技術(shù)迭代，未來人們或許無需高價(jià)請(qǐng)私教，只需在身上貼幾個(gè)貼片，手機(jī)就能實(shí)時(shí)提醒“弓背了”“沒壓手腕”“太累了放慢速度”，既幫助提升運(yùn)動(dòng)效果，又能避免錯(cuò)誤姿勢導(dǎo)致的損傷。在更廣泛領(lǐng)域，該技術(shù)還可能助力中風(fēng)、膝關(guān)節(jié)術(shù)后患者康復(fù)，為奧運(yùn)選手捕捉細(xì)微動(dòng)作瑕疵，提醒心臟病患者心跳異常，幫助醫(yī)生精準(zhǔn)調(diào)藥。

參考文獻(xiàn)

Yuanyuan Wu, Yonghuan Chen, Bingtian Su, Fengyu Li. Multidimensional signal decoding via anisotropic hydrogels for motion monitoring. Cell Reports Physical Science. 2026;7(2):103117.

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