武汉大学刘兴海教授团队《Small》:基于淀粉分子工程的超韧快速响应水凝胶赋能无声通信

武汉大学刘兴海教授团队《Small》：基于淀粉分子工程的超韧快速响应水凝胶赋能无声通信

‌

近期，武汉大学电子信息学院刘兴海教授团队在材料科学领域著名期刊《Small》上发表题为“Bioinspired Ultratough and Rapidly Responsive Hydrogels Empower Silent Communication”的创新性研究。该工作成功开发了一种兼具优异力学性能与高速电学响应的仿生水凝胶，并将其集成于面向肌萎缩侧索硬化（ALS）等患者的无线人机交互系统，为实现高精度、低延迟的“无声通信”开辟了新途径。

‌研究核心亮点‌

• ‌创新的分子工程策略‌：研究团队提出了一种基于天然淀粉的分子设计策略。通过将原儿茶酸（PCA）共价接枝到淀粉分子骨架上，构建了具有动态氢键与π-π堆叠作用的半互穿网络（semi-IPN）水凝胶。这种化学改性策略显著克服了传统物理共混材料在长期稳定性和信号一致性方面的局限。

• ‌卓越的综合性能‌：得益于精妙的网络结构，所制备的PCA-淀粉/聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶展现出超高的韧性、强度和快速的电学响应能力。其优异的压阻传感性能能够实时、高保真地将微小的手指动作转化为电信号。

• ‌高效的人机交互系统‌：团队将该水凝胶传感器与无线信号采集电路、基于有限状态机（FSM）的智能去噪与解码算法相结合，构建了一套完整的无声通信界面。在健康受试者的试验中，该系统对字符级手势的识别准确率高达‌99.2%‌，表现出极高的可靠性和实用性。

• ‌深远的社会意义‌：该研究不仅为开发高性能、可持续的生物基柔性电子材料提供了新平台，更为丧失语言能力的残障人士（如ALS患者）提供了一种‌低门槛、低成本、语言无关‌的全新沟通解决方案，具有重要的社会应用价值。

‌研究意义与展望‌

此项工作是刘兴海教授团队在生物基柔性电子与智能人机交互领域的又一重要突破。该研究通过“功能分子共价修饰生物大分子”的设计理念，成功将可持续材料与前沿电子技术深度融合，为未来开发更多环境友好、性能卓越的智能传感材料与系统提供了创新思路。

该研究获得了国家重点研发计划等项目的支持。‌文章第一作者为武汉大学张帅博博士，通讯作者为刘兴海教授。‌

‌原文链接：‌
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202514890