隐形穿戴 + 自供电！Advanced Materials 报道新一代康复传感织物

一、研究背景

随着全球人口老龄化程度不断加深以及术后康复需求的持续增长，康复医疗已经成为现代健康体系中不可或缺的重要环节。据统计，全球超过三分之一的人群在疾病或损伤后需要康复干预，而在快速老龄化的地区这一比例接近半数。然而，目前主流的康复设备仍以刚性结构为主，大量采用金属与硬质塑料，不仅笨重、佩戴舒适度差，还容易给患者带来二次损伤与心理负担，导致患者依从性低、康复效果受限。同时，传统康复系统高度依赖专业人员现场指导，成本高、难以普及到家庭场景，无法满足大规模、个性化、长期居家康复的现实需求。近年来，柔性电子与可穿戴技术的快速发展为康复医疗提供了新的解决方案，其中摩擦电纳米发电机（TENG）凭借结构简单、灵敏度高、无需外接电源、适配人体低频大形变运动等优势，在人体运动监测、生理信号感知与康复评估中展现出巨大潜力。但现有柔性摩擦电传感器件普遍存在弹性与力学强度难以兼顾、耐用性不足、难以工业化织造、无法实现真正隐形嵌入式集成等关键问题，难以满足长期、稳定、舒适的康复应用要求。因此，开发一种兼具超高力学强度、超弹性、可洗涤、可规模化生产，并能实现无感集成的自供电传感织物，对推动下一代智能康复系统发展具有重要意义。

二、研究亮点

1. 设计并制备出超耐用、超弹性摩擦电织带（T-webbing），突破弹性与强度难以兼容的瓶颈，拉伸率>400%，断裂强度高达54.7 MPa。

2. 采用隐形嵌入式纹理结构，外观与普通织带一致，实现无感穿戴，显著提升患者接受度与康复依从性。

3. 支持全流程工业化连续织造，可批量生产10米以上超长功能织带，材料与宽度可定制，具备低成本产业化潜力。

4. 具备优异稳定性，可承受10万次力学循环与1000次洗衣机洗涤，同时支持裁剪、缝制，实用性极强。

三、研究内容

本研究提出一种用于自供电康复传感的隐形嵌入式摩擦电织带，以摩擦电包芯纱作为传感单元，以弹性纤维作为辅助支撑单元，通过工业高速并排织造技术制备出兼具高弹性、高强度与纺织舒适性的功能织带。通过独特的弯曲纹理设计，将非弹性摩擦电纱线稳定集成于弹性基体中，使其在大应变下仍能保持稳定的传感性能。研究系统表征了织带的力学性能、电学响应与环境稳定性，探究了其在不同应变、压力、运动频率下的输出规律，并验证了10万次循环与1000次洗涤后的可靠性。在此基础上，将该摩擦电织带进一步设计为拱形应变传感器，成功搭建手指、踝关节、下肢多关节康复监测系统，实现康复动作的实时感知、标准度判定、有效次数统计与无线数据传输。结合机器学习算法，构建三通道下肢康复识别模型，实现高精度运动分类，并拓展至人机交互、可视化反馈与医疗云端数据共享，形成集训练、监测、评估、交互、远程指导于一体的完整智能康复系统。相关研究以“Ultra-Robust and Hyperelastic Triboelectric Webbing for Self-Powered Rehabilitation Sensing with Invisible and Embedded Design”为题发表在Advanced Materials期刊上。

四、图文导读

图 1：T-webbing 结构、工业织造、定制化、超长量产、系统集成、性能对比

图1展示了T-webbing的整体结构、工业织造流程、多规格定制化产品、10米级连续量产能力，以及其在康复系统中的集成方式与性能优势。

图 2：拉伸纹理变化、摩擦起电原理、电学输出（频率 / 应变 / 压力）、10 万次循环稳定性

图2揭示了织带在拉伸过程中的微观纹理变化、摩擦起电与静电感应的工作原理，并给出不同频率、应变、压力下的电学输出特性，证实其在10万次循环后仍保持高度稳定。

图 3：应力 - 应变曲线、超弹性与高强度、拱形应变传感器结构、力学仿真、应变 - 电压响应

图3给出三种规格织带的应力–应变曲线，证明其超弹性与超高强度，并通过拱形传感器结构设计、力学仿真与应变–电压响应，阐明其用于定量康复监测的机理。

图 4：手指 / 踝关节康复系统、实时电信号、标准化判断、软件界面

图4展示基于T-webbing的手指与踝关节康复训练系统，可实时输出电信号并判定动作标准度，配套软件实现可视化监测与效果反馈。

图 5：三通道下肢康复、机器学习识别（97.9%）、混淆矩阵、无线交互、远程康复蓝图

图5呈现三通道下肢康复监测平台，通过机器学习实现97.9%的运动识别精度，并展示无线交互、远程云端康复与一体化智能康复中心的应用前景。

五、总结与展望

本研究成功开发了一种面向康复医疗应用的超耐用、超弹性摩擦电织带，通过嵌入式纹理结构与弹性纤维协同设计，同时实现了>400%的超大应变、54.7 MPa的高强度以及优异的耐洗涤、耐拉伸、可裁剪特性，解决了现有柔性传感器件弹性与强度难以兼顾、难以规模化制备的关键难题。该织带以工业织造方式制备，具备低成本、可定制、可量产的突出优势，外观与普通织物高度一致，可实现隐形无感穿戴，显著提升康复过程的舒适性与依从性。基于该织带构建的自供电康复传感系统无需电池，能够精准监测手指、踝、下肢等多部位康复运动，并结合机器学习实现高精度动作识别与标准化评估，同时支持无线传输、实时反馈、人机交互与远程云端指导，为家庭化、智能化、低成本康复监测提供了全新的技术路径。未来，该摩擦电织带可进一步拓展至脑卒中康复、骨科术后恢复、老年运动障碍监测、肌力训练评估等更多场景；通过与数字疗法、大数据及人工智能深度融合，可实现个性化康复方案自动生成与长期健康管理；同时可继续向全柔性、无硬质电路、单器件多功能集成方向发展，推动柔性电子、物联网与智能康复医疗深度融合，最终构建更轻量、更隐形、更稳定、更普惠的下一代智能穿戴康复系统。

文献链接：https://doi.org/10.1002/adma.73094