近日，北京理工大学前沿交叉科学院范绪阁教授课题组与济宁医学院附属医院范绪涛副主任医师、中北大学张文栋教授合作，在高性能 “砖-砂浆” MXene气凝胶压力传感器用于深度学习辅助的手势识别与医疗通信方面取得重要进展。相关研究成果以“High-performance “brick-mortar” MXene/CNF/PVA aerogel pressure sensors for deep-learning-assisted gesture recognition and medical communication”为题发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：12.5），论文的第一作者为北京理工大学博士研究生张哲，北京理工大学博士研究生马鸿梁为共同一作。通讯作者为北京理工大学范绪阁教授、济宁医学院附属医院范绪涛副主任医师。

研究课题组受“砖-砂浆” 多孔结构启发，以 MXene、纤维素纳米纤维（CNF）和聚乙烯醇（PVA）为原料，制备了一种MCP气凝胶基柔性压力传感器，并基于该传感阵列构建了可穿戴智能手套，助力语言障碍患者医疗交互过程中的实时高效沟通。所制备的压力传感器不仅具有超低检测限（3.3 Pa）、快速响应与恢复时间（66 ms / 64 ms）、宽压力检测范围（0–80 kPa）、优异的循环稳定性（8000 次压缩循环）以及良好的隔热性能（160 ℃高温环境），性能优于已报道的 MXene 气凝胶基压力传感器，而且基于该传感阵列搭建的可穿戴智能手套可实现人机同步交互、远程媒体操控等多功能应用。此外，结合深度学习算法，该智能手套系统对10类手势的识别准确率可达100%，为言语障碍患者的沟通困境提供了有效方案，表明其在面向医患交互的可穿戴智能设备领域具有巨大潜力。

图1 气凝胶基压力传感器的制备工艺及其在人机交互、手势识别和医患沟通多功能应用场景示意图

图2 MCP 气凝胶的力学与隔热特性测试及形貌表征（SEM、FTIR、XRD）

图3 MCP压力传感器的传感性能及有限元仿真

图4 可穿戴MCP压力传感器在人体活动监测中的应用

图5 基于可穿戴压力传感器阵列的实时机械手控制，以及采用摩斯电码的信息传输

图6 基于气凝胶传感阵列的可穿戴智能手套及深度学习辅助手势识别系统

图7 面向医患沟通平台与远程媒体操控的多用途智能交互手套

论文详情：Zhe Zhang#, Hongliang Ma#, Tengfei Ma, Ruibing Yao, Shulin Guo, Xutao Fan*, Wendong Zhang, Jun Zhang, and Xuge Fan*, High-performance “brick-mortar” MXene/CNF/PVA aerogel pressure sensors for deep-learning-assisted gesture recognition and medical communication, Chemical Engineering Journal, 2026.DOI: 10.1016/j.cej.2026.183460

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726109231

本研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省医药卫生科技项目、山东省智能感知芯片与系统重点实验室开放课题基金、北京理工大学科技创新计划、国家自然科学基金优秀青年基金（海外）、北京理工大学特立青年学者人才支持计划启动项目的资助，感谢教育部基础学科和交叉学科突破计划和北京理工大学分析测试中心的协助。

附主要作者简介：

张哲，第一作者，北京理工大学前沿交叉科学院在读博士研究生。主要研究方向为NEMS气压传感器与智能可穿戴器件。以第一/共一作者在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces、IEEE Sensors Journal等期刊发表SCI论文7篇，累计发表论文16篇，获多项发明专利；曾获2026年中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛全国二等奖、2026年北京石墨烯论坛“优秀墙报奖”以及研究生国家奖学金。

马鸿梁，共同一作，北京理工大学前沿交叉科学院在读博士研究生。主要研究方向为半导体场效应晶体管、MEMS加速度传感器芯片、柔性可穿戴医疗器件。在Advanced Functional Materials、ACS Nano、IEEE Sensors Journal、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊累计发表论文23篇，获多项发明专利；曾获博士特等奖学金、博士一等奖学金；曾获2026年中国大学生机械工程创新创意大赛“明石杯”微纳传感技术与智能应用赛全国二等奖。

范绪阁，末位通讯作者，北京理工大学前沿交叉科学院教授，国家级海外高层次青年人才、北京理工大学特立青年学者。研究方向为MEMS、NEMS、微纳传感器、微纳加工、石墨烯等敏感薄膜，长期致力于碳基石墨烯等二维薄膜与硅基MEMS的集成交叉研究，曾率先研制出超小高灵敏石墨烯纳机电加速度传感器原型器件。以一作或通讯在Nature Electronics、Science Advances、Nano Letters、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Microsystems & Nanoengineering、Small、Chemical Engineering Journal、Carbon、Materials Horizons、ACS AMI等国际重要期刊与会议发表论文60余篇，申请及授权中国发明专利16项。荣获中国仪器仪表学会青年科技奖、Nature旗下期刊Microsystems& Nanoengineering（微系统与纳米工程）优秀青年科学家奖及杰出审稿人奖，为全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC 336）碳基传感与器件标准化工作组专家、中国仪器仪表学会传感器分会委员、中国仪器仪表学会与中国微米纳米技术学会高级会员、中国电子学会会员、《传感技术学报》第八届青年编委、《计测技术》期刊“传感器技术”专栏编委。担任国家重点研发计划专家，国家自然科学基金委等部门项目评审人。主持国家自然科学基金优秀青年基金（海外）、国家自然科学基金面上等项目。

范绪涛，共同通讯作者，济宁医学院附属医院脊柱外科副主任医师、副教授、硕士研究生导师。现任中华医学会结核病学分会骨科学组委员、中国微循环学会骨微循环专业委员会委员、山东省医学会骨科学分会骨感染学组副组长；兼任山东省公共卫生学会骨科疾病防治分会常务委员兼创新与转化专业委员会副主任委员、山东省中西医结合学会骨质疏松与骨矿盐分会常务委员、山东省中西医结合学会老年骨与关节病预防控制分会常务委员、山东省中医药学会脊柱脊髓分会常务委员，以及山东省预防医学会脊柱疾病防控分会、山东省康复医学会腰背疼痛康复分会、山东省康复医学会骨与关节分会委员。长期从事脊柱退变性疾病、脊柱脊髓损伤及脊柱感染性疾病的诊治。以第一作者或通讯作者发表SCI论文6篇；作为第一发明人获发明专利2项，作为第二发明人成功转化技术成果1项；主持课题4项；主持医院新技术新项目1项并获三等奖。