AM 深度综述：可穿戴电子如何实现 “消失” 于日常的隐形设计？

可穿戴设备推动了实时健康监测和人机交互系统的发展。例如，智能手表和健身手环可以监测用户的心率、血氧和睡眠质量。它们帮助用户了解自己的健康状况并调整习惯。对于体育活动，这些设备可以跟踪步数和卡路里燃烧情况，为体育爱好者提供数据支持，帮助他们评估锻炼效率。此外，一些可穿戴设备采用NFC技术，简化了支付流程，减轻了外出携带物品的负担。这些可穿戴设备基于传统的刚性电子设备（图1：刚性电子设备）。

下一代可穿戴设备是使用像皮肤一样柔软和可拉伸的材料开发的。与刚性设备不同，这些可穿戴设备具有灵活和可拉伸的特性（图1：软电子设备），使它们能够适应身体复杂的肌肉和骨骼结构，并在佩戴过程中自由调整形状以跟随皮肤运动。此外，柔软的设备可以透气且透汗，因为诱发的出汗可能会导致用户的皮肤刺激和不适。佩戴舒适度的提高使佩戴者在使用过程中无法察觉该设备，从而提高了该技术的接受度。已经实现了各种类型的软电子设备，包括生物传感器、电子显示器和电源。

另一个在文献中较少讨论的关键特征是可穿戴设备的视觉冲击。例如，放置在脸上的电极提供了大量关于大脑健康的生理信息，但目前商业化的电极很难每天佩戴。市场研究报告称，社会影响和感知美学是消费者接受可穿戴技术的少数重要参数之一。对于娱乐和物联网设备，社会接受程度会影响使用意愿，因为有些人可能会犹豫是否要与昂贵的新技术联系起来。一个值得注意的例子发生在2013年，当时谷歌推出了他们的第一款谷歌眼镜原型，这是一副集成了摄像头、头部和麦克风以及小型显示器的智能眼镜。他们大胆的未来主义设计，与被认为是小工具的高昂价格相关联，迅速引发了围绕该技术及其用户的争议和文化批评。消费者版最终停产，谷歌将重点转移到企业版。对新技术的反应也深受当地文化框架的影响。对中国和瑞士用户采用可穿戴设备的行为意向的调查揭示了不同文化之间的感知差异。据报道，医生支持的感知努力和可信度是瑞士接受可穿戴设备的因素，而外部批准和与医疗机构的合作解决方案将提高中国的接受度。

1. 本文讨论了尽量减少可穿戴设备的视觉影响并使其更适合日常使用的策略。这些新设备专注于在佩戴时不可察觉，并且足够舒适，用户几乎忘记了他们的存在，在保持信号收集准确性的同时减少了心理不适。

2. 材料选择对于开发长期和不可感知的可穿戴设备至关重要。还介绍了这些不可感知的电子设备的最新发展，包括传感器、晶体管和显示器，并讨论了实现不可感知性的机制。

3. 最后，总结了潜在的应用，并讨论了剩余的挑战和前景。

图1. 各种可穿戴电子产品的比较。刚性电子设备。左上：干式无线脑电图系统。右上：电极贴在眼睛的内角和外角附近，用于测量EOG信号。左下：标准表面传感器连接到右胫骨的远端，以确定脚部接触。右下：轻便多功能手外骨骼照片。左上：脸颊上附着的电极纹身阵列。右上角：附着在脸上的纳米网传感器的照片。左下：打印纹身平台上的可穿戴离子电渗生物传感器设备的照片。右下：照片显示了灵活、可穿戴的无线充电电源系统。左上角：一位佩戴柔软智能隐形眼镜的女性受试者的照片。右上：附着在人类额头上的汗液收集贴片。左下：指尖压力传感器的照片。右下：佩戴者穿着带有传感器的布料的照片。

图2. 实现不可感知可穿戴设备的策略。各种传感器、显示器和用户-机器界面以一种他人无法察觉的方式无缝集成在一起。

图3. 透明柔软的电子材料。a）手指上透明加热器的照片。插图显示了化学焊接反应后AgNW的扫描电镜（SEM）图像。b）佩戴在手指上的可拉伸ACNT TFT的光学图像。插图显示了碳栅上超薄单壁碳纳米管TCE的透射电子显微镜（TEM）图像。c）石墨烯电子纹身。插图显示了SEM照片，揭示了单层CVD石墨烯上存在ad层。d）超薄MXene薄膜。e）可拉伸PEDOT：放置在手腕上的PSS装置。f）超薄水凝胶薄膜。

图4. 不可察觉的传感器。a）手腕上附着的应变传感器的照片。b）用于监测手指操作的纳米网压力传感器。c）传感器附着在人体皮肤上以及在拉伸和扭曲条件下的照片。d）佩戴在人眼周围的不敏感眼电图石墨烯传感器。e）离子凝胶薄膜传感器附着在脸颊上。f）柔性有机/无机混合近红外光电容积描记传感器。

图5. 基于本质透明电子材料的隐形可穿戴智能系统的元素。下一代可穿戴系统示意图。电源：a）透明且可拉伸的摩擦纳米发电机，与芯片LED集成。b）集成电池的透明微系统。插图显示了系统透明透明。显示器：c）漂白和着色状态下的电致变色显示器。d）假肢上的透明和适形的OLED。天线：e）基于银纳米线的超薄透明射频传感器。f）透明天线安装在专为眼压监测设计的智能镜片上。比例尺：0.5厘米。晶体管：g）皮肤上的半透明晶体管阵列。h）具有透明性和高集成密度的晶体管阵列。

图6. 将电子产品隐藏在日常衣服和配饰中的策略。a）具有检测压力和温度双重功能的智能隐形眼镜的照片。b）用于二氧化碳检测的智能面膜。c）触觉口腔垫，捕捉牙齿咬合和舌头滑动动作，用于机器控制应用。d）用于实时感测多个参数（大脑、眼睛、运动和辐射信号）的智能眼镜。电子皮肤：e）放置在皮肤上的触觉界面，具有适合身体解剖结构的各种设计。f）连接到无线蓝牙模块的纳米网皮肤受体，用于手部任务识别。g）耳机上集成的汗液中的乳酸和大脑活动传感器。服装：h）纺织OLED显示屏。；i）夹在织物层之间的发光显示器以及j）集成多功能电子纤维的电子纺织品。