近日，微电子所健康电子研发中心黄成军-毛海央研究员团队在纳米森林传感器及其应用研究方面取得新进展。
呼吸是支持人类生命活动的重要过程。呼吸频率和深度是反映运动强度的关键指标，呼吸模式与心肺功能密切相关。通过呼吸检测，可以实时了解运动者的身体状态，避免过度运动或运动不足，还可以评估运动者的心肺健康状况，为制定个性化运动计划提供依据。然而，传统的湿度传感器受限于其使用的结构和材料，存在灵敏度不高等不足。另外，当前多种应用于呼吸检测的湿度传感器依靠信号频率差异来分辨呼吸状态，这限制了它们识别更多行为种类的能力。
为了解决以上问题，团队开发了一种纳米森林湿度传感器，利用纳米森林的大表面积、高孔隙率和超亲水特点，使湿度传感器具备了响应呼出气体中微弱湿度变化的能力。同时，器件内置加热电阻/热敏电阻，不仅可为传感器提供适当的工作温度，还可实时监测呼吸气流温度，通过温度补偿使响应更为准确。基于该新型湿度传感器，团队进一步结合机器学习算法构建了运动识别智能系统，可实现对9种不同运动状态的高准确率识别。该工作展现出纳米森林湿度传感器具有广阔的应用潜力，也为智能可穿戴设备和健康监测等技术领域的发展提供了一种新的技术方案。
图1 纳米森林湿度传感器及其运动识别智能应用
基于该研究成果的论文“An intelligent humidity sensing system for human behavior recognition”近期发表在国际著名期刊Microsystems & Nanoengineering上（https://doi.org/10.1038/s41378-024-00863-6），微电子所博士研究生杨华彬为该文章的第一作者，健康电子中心毛海央研究员和先导中心周娜高级工程师为该文章的通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院青促会项目等支持。
近年来，团队在相关项目的支持下围绕纳米森林传感器开展了大量研究，相关成果先后发表在ACS Sensors (2020), Sensors and Actuators B: Chemical (2020/2024), Advanced Functional Materials (2021), IEEE Electron Device Letters(2021/2022/2024), IEEE Transaction on Electron Device(2023/2025), Microsystems & Nanoengineering (2022/2025), ACS Applied Materials & Interfaces（2023）, Nanoscale (2024), Science China Materials(2025)等相关领域知名期刊上。
图2 团队基于常规半导体工艺开发的多样性纳米森林结构，具有衬底不受限、表面可改性
特点，适用于光学、气湿敏、生化传感器等
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