香港城大楊征保Science子刊：
研究背景
隨著生活水平的提高，長期工作帶來的關節類疾病近年來反而對年輕人造成了諸多困擾，這也造成了工作效率下降和罹患關節炎疾病風險增加等很多問題。而解決這個問題的一種方法就是開發一種持續監測人體關節運動的檢測系統，用來預防這種關節疾病。目前很多研究中已經提出了各種各樣的可穿戴傳感器用來獲取人體關節的運動信號，但是這些傳感器大多數具有復雜且剛度極大的結構，而且不能全方位地記錄人體關節的運動信息，這些問題都限制了它們的實際應用。
成果簡介
近日，香港城市大學楊征保課題組的研究團隊提出了一種基于剪紙結構的高度各向異性壓電陶瓷復合材料，用以監測關節運動和預防關節疾病。相關研究成果以“Highly anisotropic and flexible piezoceramic kirigami for preventing joint disorders”為題在國際期刊Science Advances上發表（DOI: 10.1126/sciadv.abf0795）。港城大在讀博士洪穎為該論文第一作者，在讀博士王標為該論文共同第一作者，楊征保博士為論文通訊作者。
研究人員發現，用這種基于剪紙結構的壓電陶瓷復合材料制成的傳感器能夠在監測關節運動的同時并且區分不同的運動模式。研究人員為此提出了一種改進的溶膠-凝膠模板法，用于制備這種柔性壓電陶瓷復合材料，并在此基礎上設計了二維蜂窩狀壓電陶瓷剪紙作為核心傳感器元件。這種獨特的剪紙結構設計不僅能夠改善其壓電性能，而且還提供了機械和壓電的雙重各向異性。利用這種各向異性，研究人員可以在測量平面中任意方向應力的同時，還能分析其應力大小及方向。在此基礎上，研究人員還建立了一套監測和警報系統，用以監測頸椎和肩關節處的關節運動。
如圖1所示，該傳感器以PET薄膜為柔性基底，上下分別有兩層柔性壓電復合材料。這種柔性壓電復合材料的核心傳感元件是具有蜂窩狀剪紙結構的PZT陶瓷網絡，而 PDMS高彈體的填充使其具有很好的柔性，能夠很好地貼附在人體各關節表面。