用于体育赛事违规检测的自供电、自我修复和防冻摩擦电传感器

用于体育赛事违规检测的自供电、自我修复和防冻摩擦电传感器

        随着物联网和大数据的快速发展，基于智能传感技术的体育赛事训练统计和比赛分析在公平性方面变得尤为重要。自1998年正式被认定为冬奥会项目以来，冰壶运动越来越受到各年龄段人群的关注，并发展成为陆地冰壶运动。然而，比赛过程中对冰壶石的监控主要取决于裁判员的眼睛和高速摄像机，通常会导致可能的不公平决策，因为眼睛无法及时跟上快速移动的冰壶石，高速摄像机可能无法准确捕捉到大型冰壶场（5×45.72 m2）中的小冰壶石。目前基于传感器的监测系统只涉及安装在冰壶石内部的热传感器，以确定霍格线违规情况。然而，热传感器无法在家中显示违规行为，这对裁判员及时做出公平裁决产生了不利影响。此外，热传感器具有体积庞大的电池，以在其工作期间提供电能，从而需要繁琐的充电程序，并可能带来环境污染问题。如果热传感器损坏，则必须丢弃卷发器，从而增加采购和维护成本。

        水凝胶由具有物理或化学交联的聚合物链组成，具有三维网络结构。它们优越的便携性、柔软性和机械柔韧性使水凝胶有望用于制造可穿戴传感器。基于水凝胶的自修复应变传感器可以通过在水凝胶中构建可逆的非共价键和共价键来制备，这可以在人类交互传感和人类运动检测的应用中找到。用冷冻保护剂（如CaCl2、甘油和乙二醇）代替部分水将破坏水凝胶中水分子之间的氢键，并防止冰晶的形成，表现出防冻特性，这使基于水凝胶的传感器能够在-30至25℃的宽温度范围内正常工作。此外，从银纳米颗粒（Ag NPs）中释放的银离子（Ag+）可以通过Ag+与细胞膜上蛋白质中的硫基团的相互作用与细菌细胞膜结合，从而通过抑制DNA复制影响细菌细胞的生存能力。到目前为止，一些具有自修复、防冻和抗菌性能的水凝胶已应用于可穿戴传感器[44]和人机交互设备。因此，开发敏感的基于水凝胶的传感器来帮助裁判员在冰壶比赛中及时做出公平的决定是合理的。

        随着智能传感技术的快速发展，体育运动中的训练统计和比赛分析在公平方面变得尤为重要。北京化工大学杨丹教授研究团队构建了一种基于防冻纳米复合水凝胶（PAGCA）的自供电自修复违规检测系统。在明胶和银纳米粒子修饰的碳纳米管存在下，通过聚丙烯酰胺的原位聚合制备了PAGCA。基于1.87的应变系数，基于PAGCA的应变传感器具有92%的自修复效率，可以精确监测运动员的训练姿势。此外，基于PAGCA的摩擦电纳米发电机可以在-30摄氏度下工作，能够确定违规行为，检测卷发石的速度和特定位置，并区分碰撞。这项工作不仅为冰壶比赛中的违规检测提供了一种智能方法，还展示了其在其他体育赛事中快速、公平的处罚以及运动员的智能和数字化训练中的应用前景。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285524000247