近日，微電子所健康電子研發(fā)中心黃成軍-毛海央研究員團(tuán)隊(duì)在納米森林傳感器及其應(yīng)用研究方面取得新進(jìn)展。

呼吸是支持人類生命活動的重要過程。呼吸頻率和深度是反映運(yùn)動強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)，呼吸模式與心肺功能密切相關(guān)。通過呼吸檢測，可以實(shí)時了解運(yùn)動者的身體狀態(tài)，避免過度運(yùn)動或運(yùn)動不足，還可以評估運(yùn)動者的心肺健康狀況，為制定個性化運(yùn)動計(jì)劃提供依據(jù)。然而，傳統(tǒng)的濕度傳感器受限于其使用的結(jié)構(gòu)和材料，存在靈敏度不高等不足。另外，當(dāng)前多種應(yīng)用于呼吸檢測的濕度傳感器依靠信號頻率差異來分辨呼吸狀態(tài)，這限制了它們識別更多行為種類的能力。

為了解決以上問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種納米森林濕度傳感器，利用納米森林的大表面積、高孔隙率和超親水特點(diǎn)，使?jié)穸葌鞲衅骶邆淞隧憫?yīng)呼出氣體中微弱濕度變化的能力。同時，器件內(nèi)置加熱電阻/熱敏電阻，不僅可為傳感器提供適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟龋€可實(shí)時監(jiān)測呼吸氣流溫度，通過溫度補(bǔ)償使響應(yīng)更為準(zhǔn)確。基于該新型濕度傳感器，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建了運(yùn)動識別智能系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對9種不同運(yùn)動狀態(tài)的高準(zhǔn)確率識別。該工作展現(xiàn)出納米森林濕度傳感器具有廣闊的應(yīng)用潛力，也為智能可穿戴設(shè)備和健康監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一種新的技術(shù)方案。

圖1?納米森林濕度傳感器及其運(yùn)動識別智能應(yīng)用

???基于該研究成果的論文“An intelligent humidity sensing system for human behavior recognition”近期發(fā)表在國際著名期刊Microsystems & Nanoengineering上（https://doi.org/10.1038/s41378-024-00863-6），微電子所博士研究生楊華彬?yàn)樵撐恼碌牡谝蛔髡撸】惦娮又行拿Ｑ胙芯繂T和先導(dǎo)中心周娜高級工程師為該文章的通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國科學(xué)院青促會項(xiàng)目等支持。

????近年來，團(tuán)隊(duì)在相關(guān)項(xiàng)目的支持下圍繞納米森林傳感器開展了大量研究，相關(guān)成果先后發(fā)表在ACS Sensors (2020), Sensors and Actuators B: Chemical (2020/2024), Advanced Functional Materials (2021), IEEE Electron Device Letters(2021/2022/2024), IEEE Transaction on Electron Device(2023/2025), Microsystems & Nanoengineering (2022/2025), ACS Applied Materials & Interfaces（2023）, Nanoscale (2024), Science China Materials(2025)等相關(guān)領(lǐng)域知名期刊上。

圖2 團(tuán)隊(duì)基于常規(guī)半導(dǎo)體工藝開發(fā)的多樣性納米森林結(jié)構(gòu)，具有襯底不受限、表面可改性

特點(diǎn)，適用于光學(xué)、氣濕敏、生化傳感器等