蘇炳添又發論文了，這次是頂刊！（的子刊）

2月18日，短跑名將蘇炳添再次發表論文，發表期刊是頂級期刊《細胞》（Cell）的子刊《細胞報告物理科學》（Cell Reports Physical Science），影響因子7.3。

蘇炳添以共同通訊作者身份，發表了這篇綜述論文：Multidimensional Signal Decoding via Anisotropic Hydrogels for Motion Monitoring（通過各向異性水凝膠的多維信號解碼實現運動監測）。

讀下來，每個字都認識，但根本弄不懂什么意思？下面用論文里的10張圖，帶你看懂這種“智能貼片”。

論文到底寫了些啥？

科學家發明了有一種“方向感”的智能貼片，這種柔軟的水凝膠能粘在皮膚上，可以精確識別人體細微動作。

這篇論文，主要介紹了這種貼片的最新進展、合成方法，討論了它的應用和未來發展方向。

為什么“亞洲飛人”蘇炳添跨界參與這項技術的研究呢？原因也許在于百米賽道上，勝負往往取決于肌肉發力、關節角度的微小方向差異，傳統的攝像機和硬質傳感器難以捕捉到這些信息。

而這項技術，有希望為頂尖運動員提供更精確的監測，同時也有潛力為普通人糾正健身或打球的姿勢、監測心率呼吸、做好術后康復等。

方向感是怎么來的？向肌肉拜師學藝

之前的水凝膠內部分子隨意分布，信號讀出來一團亂麻。

科學家想到，人體肌肉纖維一絲一絲平行排列，收縮時力量方向一致，把水凝膠也做成這樣，它就能分辨拉扯的方向是“上下”還是“左右”了。意味著，你把它貼在手腕上，它不僅能識別到被拉伸，還能區分你是在彎曲還是在旋轉手腕。

于是，科學家做出了分子整齊排列的水凝膠，也就是論文題目中的各向異性水凝膠（anisotropic hydrogels）。

新技術能干嘛？測肌電圖、心電圖、關節運動

有了方向感，這項技術具備了更多潛能。這張圖片是整篇論文的“導航儀”，內層圓環表示電學與機械多性能協同；中間圓環是技術能捕捉到的信號，如肌電圖、心電圖、關節運動；外層圓環展示技術的應用方向：運動監測場景、關節運動分析和微生理信號捕捉。

實現這些功能，科學家們花了20年時間

從2004年到2025年，科學家們花了20年時間，逐漸改善水凝膠特性。早期，水凝膠結構簡單，之后出現層狀、多孔、帶有碳納米管的復雜網絡結構，以及3D打印的壓電離子凝膠，實現了感知方向、導電等功能。

排列能有多整齊？眼見為實

曾經，沒有方向性的水凝膠內部一團亂麻（圖A左下）。技術發展到現在，即使用電子顯微鏡在微米級別下（頭發絲的幾十分之一）觀察，各向異性水凝膠仍然排列整齊（圖A上、圖B、圖C）。這種微觀結構上的規律排列，賦予了水凝膠準確的“方向感”。

水凝膠分子是怎么被“梳”整齊的？

為了把水凝膠排列整齊，科學家嘗試了各種腦洞大開的方法，比如用電把纖維“紡”出來（圖A），用3D打印技術“擠”出來（圖B），用模板方法“卡”出來（圖C），用拉伸誘導“塑”出來（圖D），甚至在水凝膠里摻入磁性顆粒，用磁鐵把它們“吸”成一排（圖E、F）。

復雜動作三維拆解，警示危險姿勢

由于分子排列整齊，貼片有了辨別方向的能力。圖A展示，當手腕做彎曲、側偏和旋轉時，貼在手腕上的傳感器辨別出了動作的區別，可以看到記錄下的信號波形完全不同。這意味著，傳感器明確知道你在往哪個方向動。

如果你把它貼在膝蓋上，它不僅能知道你彎曲了膝蓋，還能知道有沒有發生危險的側向扭曲。對于經常跑步或打球的人來說，這也許能成為一個貼身的警示護具，在損傷發生前發出提醒。

這種技術還有望應用在機器人上，反饋肘、腕、手指等關節的動作（圖D）。

極其敏感，蚊子落在皮膚上它都能察覺到

具有方向感的同時，貼片的敏感度也很高。把這種水凝膠貼在肘部、手腕、手指、喉嚨、頸部、腿部等部位，只要你輕輕活動，水凝膠就可以捕捉到你的動作。

比如，采用模板法制備的 PAM/(Ca-Alg) 雙網絡水凝膠，檢測敏感至0.03%應變。這大概相當于一只蚊子落在你皮膚上引起的微小形變，它都能立刻察覺到。

記錄下這些平時注意不到的微小活動，可以更精確地監測身體活動，也許還將幫助監測心跳、呼吸、吞咽等等。如果胸口粘個貼片就能測心跳，可比去醫院連一堆設備方便多了。

超能力展示：可拉伸、粘得牢、不粘灰

除了識別方向和微小動作，貼片近年還獲得了其他“超能力”：圖A是像創可貼一樣的雙層“陰陽膠”。底層緊密粘附皮膚，不容易掉；頂層抗污性和導電性出色，不粘灰、信號好。

圖B“導電膠”加入了碳納米管，增強了特定方向上的導電性。還有能同時測拉伸、溫度和濕度的“多模態膠”（圖C）和拉伸時會變色的“變色膠”（圖D）。

AI 加持的私人教練、康復醫生

具備以上能力的貼片，進入了實際的測試。這張圖片里，有人在跳繩、有人在打羽毛球、有人在投籃，還有人在騎車。旁邊的數據顯示，多方向傳感設備結合AI系統，錯誤姿勢的識別準確率達到了98.7%（圖A），除了動作，傳感器還可以記錄體溫和呼吸的變化（圖D）。

當然，在這項新技術真正進入生活之前，科學家還需要解決一些問題，比如貼片結實程度與信號靈敏度的平衡、出汗對信號的影響、反復拉伸后方向感的減弱。

不過隨著技術迭代，也許不久的將來，你不再需要花高價請私教在旁邊盯著看了，只要在身上粘幾個貼片，你的手機就會實時跳出提醒“剛才弓背了”“這下沒壓手腕”“你太累了，放慢一點”。提示不僅幫你練得更好，還能幫助避免錯誤姿勢導致的運動損傷。

在更廣闊的領域，這項技術還有可能幫助“中風”、膝關節術后患者邁好康復的每一步，為奧運選手捕捉肉眼無法察覺的動作瑕疵，提醒心臟病患者最近心跳不穩定，幫助醫生精準調整藥物。

參考文獻

Yuanyuan Wu, Yonghuan Chen, Bingtian Su, Fengyu Li. Multidimensional signal decoding via anisotropic hydrogels for motion monitoring. Cell Reports Physical Science. 2026;7(2):103117.

作者：代天醫

編輯：luna

文中插圖及封面圖來源：參考文獻

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