团队作品：抗干扰可粘附生理电电极用于生理电信号监测和动态人机交互传感

参赛赛题：技术竞赛类-开放命题--信息感知系统与应用类

获奖情况：技术竞赛类一等奖

学院：物理学院

团队名称：灵动智控

团队成员：毋紫桢、张羽杰、段海洋

指导老师：毛彦超、朱鹏程

※作品介绍

一、作品背景

电生理监测技术通过捕捉和分析人体电信号评估生理状态，广泛应用于医疗、可穿戴设备及远程诊疗。电生理电极作为传感器核心，其性能直接影响监测准确性。目前粘性电极虽能牢固粘附，但运动状态下仍面临挑战。单纯使用具有粘性的电极已经不能满足需要，运动状态下的动态噪声会干扰生理信号的获取，则需要发展能过滤这些噪声的电生理电极以满足现实需求。

二、作品简介

针对目前开发的水凝胶作为表皮电子监测生理信号存在的局限性，受蜘蛛关节内粘弹性角质层垫的启发，开发了一种基于多糖和蛋白质的高阻尼粘性质子导电水凝胶。经过一系列实验和制备出具有良好性能的水凝胶，提高获取高保真的人体电生理信号，并应用到动态人机交互领域，开发了一款实时监测人体运动状态的智能机械臂控制系统。

三、作品创新

仿生设计：仿照蜘蛛关节内粘弹性物质，设计并研制了一种基于多糖和蛋白质的高阻尼粘性质子导电水凝胶，实现低频噪声的有效过滤，证明了水凝胶在人体生理电监测和人际交互领域的应用潜力。

领域拓宽：将高阻尼粘性水凝胶制成生理电电极监测人体上臂肌电信号，开发了一款智能机械臂控制系统，拓宽了水凝胶在动态人机交互领域的应用范围。

四、设计方法

制备水凝胶：通过简单的溶液混合法，将支链淀粉溶液和BSA溶液混合在甘油中制备了一种高阻尼、粘性质子导电水凝胶。确定最佳比例为7.7wt%支链淀粉、12.8wt%甘油的水凝胶。

性能测试：利用多种方法对水凝胶进行性能测试，包括拉伸性、电学性能、粘性、阻尼性。针对阻尼性，在拉伸模式下使用动态热机械分析仪对水凝胶进行动态力学分析，得出水凝胶具有良好的低频阻尼性，可以过滤掉频率小于26.5Hz的动态噪声。

动态电生理监测和人际交互传感：通过使用电化学工作站CHI660E，将高阻尼粘性水凝胶作电极用于测试人体心电、肌电信号，与商用电极相比，水凝胶显示出阻尼优势，在人体运动状态下依旧可以获取高质量信号。

五、实物功能展示

软件设计：团队基于阻尼粘性电极开发了一款可粘附心电监测装置,可以同时实现静止状态与运动状态下的心电监测，并通过蓝牙技术无线传输数据至智能设备，实时监测，方便用户进行实时运动健康管理。图1、2为数据传输流程图、软件功能展示。

图1数据传输流程图

图2软件功能展示（视频）

硬件设计：基于监测到的高保真运动电生理信号，团队开发了动态协同机械臂控制系统，应用于动态人机交互传感。该系统将电生理电极贴附在用户的手臂肌肉处，采集运动肌电信号，动作电压大于阈值电压时，数据处理发送给计算机，利用模式识别判断手势，实现实时协同运动。图3为智能机械臂控制系统流程图。

图3智能机械臂控制系统流程图

※参赛心得

提前布局，充分准备：鉴于赛程短暂，必须提前规划，全身心投入，对参赛材料精心打磨，确保内容丰富且精准无误。

注重格式，做好测试：参赛作品要源于实践，解决市场的痛点，具备可行性和实践性。论文撰写方面注重格式，突出创新点，确保摘要部分抓人眼球。技术展示阶段要提前准备，测试，适应场地以减少对实物作品的干扰，确保演示顺畅。

聚焦创新，选择赛道：在赛道选择上，应聚焦项目的最大创新点，提高与赛道的贴合度，以展现项目的独特性和优势。

细节至上，追求完美：细节在比赛中至关重要，从赛前筹备到赛中实战，再到赛后复盘，都需保持对细节的极致关注。针对数据的准确性、格式的规范性和演示的流畅性，都应严格审视，确保万无一失。

团队协作，术业专攻：团队成员相互熟知，指导老师积极鼓励，具备良好的团队协作能力可以提升效率，确保作品的高质量完成。团队分工要根据各自擅长的领域分配任务，做到术业有专攻。

实践经验，提升能力：参赛可以积累宝贵的竞赛经验，提升团队协作和科研能力。期望未来该研究成果可以商用化，为社会贡献力量打下基础。