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眼疲劳被认为是一个重要的公共卫生问题，造成眼疲劳的行为主要有阅读、写作或驾驶等。眼疲劳对维持日常行为和身体健康有严重的不良影响。例如，眼睛疲劳可能引起眼科疾病，其中计算机视觉综合症是一种常见病症，主要是由于长时间地将眼睛聚焦在计算机或其他数字设备上。而相比之下，眼疲劳的驾驶可能是最危险的，甚至可能导致大规模伤亡。一项调查显示，在所有受伤或死亡中，交通事故是主要原因之一，而疲劳导致所有道路死亡事故的高达20％~30％。另外，对于从事特殊职业的专业人士如外科医生，眼睛疲劳会导致工作失误并造成潜在的安全隐患。因此，开发疲劳监测系统和评估方法对于预防事故至关重要。
大多数研究人员一直专注于收集生理信号技术，如脑电图（EEG），心电图（ECG）或脉率。然而，这些方法在工作或驾驶环境下不方便实际使用，这是由于这些技术需要使用接触硬电极和电缆。用于监测眼睑运动和眼睛注视的头戴式设备虽然消除了使用电极和电缆的不便，但也限制了人们日常活动。为了解决这些问题，研究人员提出通过计算机视觉检测技术来捕获眼球运动，从而来监测眼睛疲劳。然而，应用这些视觉检测技术的成功在很大程度上依赖于图像分辨率，光照条件和其他环境条件，并且在准确性和即时性方面尚不令人满意。
柔性可拉伸电子设备可以与人体皮肤共形接触，并且变形为任意形状而不会脱离表皮表面，为检索生命信号提供了新策略。基于柔性可拉伸电子设备的代表性装置包括用于测量体温，脉冲，呼吸，电心和血流等传感器。由于眼疲劳可以通过眼睑运动识别，在这里介绍一种超薄压电传感器来监测实时眼睑运动，从而评估眼睛的疲劳状态。科学家选择锆钛酸铅（PZT）作为监测眼睑运动的功能材料。这是因为PZT具有居里温度高的特点从而得到了很好的发展，PZT的压电系数很高，因此在相对较小的机械变形时就能够输出尽可能高的电压信号。传感器的核心功能部分由PZT纳米带制成，传感器的整个厚度为10微米，因此在眨眼期间可以保持与眼睑皮肤的保形接触。进行机械负荷测试和体内测试来验证传感器的功能和效率，以监测实时眼睑运动。并开发了一种简单的理论机电模型，将传感器的输出电压与眼睑的物理运动相关联，从而进一步证明了传感器的功能，用于监测和评估眼睛疲劳。
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图1. 用于监测眼睑运动和眼睛疲劳的柔性压电传感器（a）从倾斜视图和俯视图看传感器的多层结构的示意图;（b）制造过程中的光学显微镜图像; （c）带有用于外部连接的ACF电缆的PZT传感器的照片; （d）生态柔性基板上的PZT传感器照片，显示其灵活性。
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图2. 柔性压电传感器的制造流程图
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图3. PZT传感器的机械负载测试和输入机械负载的理论预测（a）机械负荷试验的实验装置; （b）在端对端位移载荷ΔL下将压电传感器与硅带基板一起弯曲; （c）三角波负载输入下传感器的输出电压; （d）输入负载的理论预测与实际三角负载相当。
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图4. 正常眼睑运动的体内监测和理论预测。 （a）关闭眼睑的PZT传感器的照片; （b）打开眼睑的PZT传感器的照片; （c）输出电压与正常精神状态下眼睑运动期的四个阶段的对应关系; （d）一系列正常眼睑运动的输出电压; （e）基于（d）中测得的电压及其与实时眼睑运动的对应关系，对传感器端到端位移的理论预测。
参考文献：
C.Lv,S. Wu, B. Lu, et al. Ultrathin flexible piezoelectric sensors for monitoringeye fatigue. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2018, 29(2).
来源：柔性电子服务平台
