加州大学圣迭戈分校研发力量贴纸-实现精准无线力测量

测量物体间相互作用的力，尽管听起来是个基础概念，但在实际操作中却颇为复杂。任何两个相互接触的物体都会因重力或机械接触而彼此施加力量，比如物体对支撑平台的压力，或是人类膝关节处骨骼间的相互作用。为了更精确、高效地测量这些力，加州大学圣迭戈分校的研究团队创新性地开发了一种电子“力量贴纸”。

这种力量贴纸不仅无线、无需电池，还能灵活适应各种狭小空间，因此在多个行业有着广泛的应用潜力。工程师们指出，该装置特别适用于膝关节植入物的压力监测，这对于评估植入物的适配度和磨损情况至关重要。

加州大学圣迭戈分校工程学院教授Dinesh Bharadia强调，人类天生具备感知力量的能力，这使我们能够与周围环境无缝互动，也为临床医生提供了进行精细手术的可能。他预测，将这种感知力量的能力引入电子设备和医疗植入物，将可能对众多行业带来颠覆性的变革。

力量贴纸的核心由两个关键组件构成：一是尺寸与米粒相当、厚度仅几毫米的小型电容器；二是类似条形码的射频识别（RFID）贴纸，可通过无线电波进行无线读取。研究人员巧妙地结合这两个组件，实现了对物体所受力的测量，并将数据无线传输至RFID读卡器。

电容器内部，柔软的聚合物薄片被置于两个导电铜条之间。当外部力量作用于聚合物时，它会被压缩，导致铜条间距缩小，进而增加电容器内的电荷量。这种电荷变化对RFID标签产生的信号具有重要影响，RFID读卡器通过远程监测这些变化，即可将其转化为相应的力量数值。

与传统的改变RFID信号的方法相比，这种创新方式使力量贴纸的组件尺寸缩小了一千倍。同时，RFID贴纸通过反向散射机制传输无线电信号，功耗极低。它接收来自读卡器的信号，通过电容器引起的电荷变化对信号进行调制，然后将调制后的信号返回读卡器进行解析。

此外，电容器可根据不同的力范围进行定制。通过更换聚合物层的柔软度，可以调整电容器以监测不同范围内的压力。在研究中，研究人员设计并测试了两种类型的力量贴纸。一种采用极软的聚合物电容器，适用于监测微小的力量，如模拟膝关节研究中的压力变化；另一种则使用较坚硬的聚合物电容器，在仓库包装领域进行了评估，能够准确测量盒内物品的重量。

据团队介绍，这些力量贴纸在测试中表现出色，能够承受超过10,000次的力施加，同时保持测量准确性。而且，它们的生产成本极低，每张贴纸的成本不到2美元。然而，科学家也指出，目前这项技术仅限于静态环境下的应用，尚不适用于高度动态的场景。

电子与计算机工程博士生Agrim Gupta表示，如果这项技术能够商业化，未来这些贴纸有望像创口贴一样普及且廉价。该研究的详细信息已发表在ACM上，预示着这一创新成果在多个领域具有广阔的应用前景。