編輯推薦：本文受章魚可以感知和視覺化刺激，將壓力感測器和顯示功能結合在同一個裝置中，有利於小型化和高整合化的發展趨勢。益於其優異的綜合性能，在壓力資訊的互動感知、壓力調節下視覺資訊的隱藏與顯示、柔性板上的反覆書寫和擦除等應用領域得到了探索和驗證，表現出出色的應用潛力。
柔性壓力感測解決了傳統剛性半導體方法無法適形地適應各種不規則表面的問題，在眾多領域具有廣闊的應用前景。然而，大多數報道的工作只專注於最佳化可穿戴裝置的電子讀數，這需要龐大的裝置或有線連線才能將它們轉換為人類可識別的資料和波形形式。由於無法對直接刺激做出即時響應，限制了其在小型化、便攜化、實時檢測等特定場景中的應用，並導致在惡劣的外部環境下處理和傳輸困難。
在感測過程中結合肉眼觀察到的裝置視覺化有助於克服依賴終端的限制，極大地增強資訊互動，是一種有效的解決方案。但以往的多層結構複雜的互動裝置大多是透過物理連線分離的壓力感測器和顯示元件來實現的，不符合當前電子裝置的高密度整合要求。如何透過材料選擇和結構設計開發出一種兼具兩種功能和平衡效能的互動式混合裝置成為研究的重點和難點。
章魚具有類似於人類面板的精密壓力感應能力，同時還能夠透過操縱色素細胞的形態來響應外部刺激來改變其面板顏色。近日，濟南大學李陽教授和北京理工大學沈國震教授為通訊作者，相關研究人員受此特性啟發，
開發了一種可穿戴互動混合裝置，其配置大大簡化，集壓力感知和視覺化於一體。
這種二合一裝置不僅可以將壓力轉換為電容訊號以準確響應刺激，還可以透過電致變色效應產生可見的顏色變化。此外，作者還開發了一種智慧眼鏡系統，包括混合裝置、微型微控制器單元（MCU）和定製的 3D 列印眼鏡，用於對人體生理引數進行原位測量、顯示和遠端無線監測，
在於醫療健康、人機介面和公共設施安全領域具有巨大發展和應用潛力
。相關論文以題為“Wearable Hybrid Device Capable of Interactive Perception with Pressure Sensing and Visualization”發表在Advanced Functional Materials。
論文連結：
https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/10。1002/adfm。202203585
在本研究中，作者製備的互動式混合器件的整體結構如圖1b所示，將上下 ITO/PET 電極和夾在中間的 PVA/H3PO4離子凝膠層在水平面上分成兩部分（PVA/H3PO4可以提供陽離子插入到WO3薄膜中，在凝膠層和電極的介面形成離子-電子對，有利於電致變色顯示和壓力檢測），其中內平面的電致變色區域和周圍的壓力感應區域使混合裝置可同時準確檢測和更改顏色。
圖1。 a） 受章魚啟發的可穿戴混合裝置示意圖，該裝置能夠透過壓力感測和視覺化進行互動感知。b）整體結構和c）混合器件的製造過程和掃描電子顯微鏡影象。d） 混合裝置的各種應用說明。
圖2。 混合裝置的壓力感測效能。
圖3。 混合器件的電致變色效能。
關於電致變色機理，圖 4c描繪了在施加正負電位時器件顏色變化過程中 H +和電子的動力學特徵，其中WO3層發生氧化還原反應：
在此，當施加負電位時，隨著電子的移動，H +插入到WO3薄膜中，使薄膜由淺黃色變為深藍色；同時，透射率發生了變化。相反，在正電位下，H +和電子從WO3薄膜中釋放出來並恢復到初始狀態，ECD恢復到初始顏色。
圖4。 壓力感測和電致變色機理。
圖5。視覺化裝置的壓力資訊感知。
為了驗證透過外部壓力精確調節電致變色效應的可能性，作者透過連線ESP32 MCU和混合器件，建立了壓力感測部分檢測到的壓力值與提供給ECD部分的電位值之間的對應關係。結果表明，隨著壓力逐漸增大，產生了一系列由淺色到深藍色的顏色變化，使得背後的花紋逐漸隱藏起來。當施加相反的電位時，裝置被漂白並恢復到初始狀態，影象再次清晰可見。
圖6。視覺資訊的隱藏和顯示。
圖7。 用於跟蹤生理引數和行為的智慧整合系統。
總的來說，本研究透過分割槽設定和功能層的有效複用，成功開發了一種同時整合精確壓力檢測和視覺化的可穿戴互動混合裝置。該裝置能夠實時準確、定量地監測壓力，並透過視覺訊號定性地描繪不同的狀態，例如易於區分的顏色變化。這項研究為結合壓力感測和變色視覺化的二合一混合裝置鋪平了道路，為未來互動式柔性電子產品的設計提供新的思路。（文：crazy材料）
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