随着健康意识的提高和可穿戴技术的进步，人们对连续便捷的监测需求日益增强[1]、[2]、[3]、[4]。足底压力信号反映了人体的运动和生理状态[5]，并携带丰富的生理和病理信息[6]、[7]。对这些信号的动态监测有助于疾病预防、康复评估、运动训练和日常健康管理[8]。足部是行走、跑步和站立时身体与地面之间的主要承重结构，其压力模式与下肢生物力学直接相关[9]。异常的足底压力分布可能预示着足部结构和功能的障碍，与扁平足、高弓足、踝关节稳定性差以及下肢机械轴偏移等问题有关[7]、[10]。持续的异常情况可能引发膝盖、髋部和脊柱的代偿性变化，增加运动损伤和慢性劳损的风险[11]、[12]。足底压力特性的变化还可以预测糖尿病足溃疡的风险、评估类风湿性关节炎的进展、进行步态分析以及监测术后康复[13]、[14]、[15]。因此，迫切需要一种能够实时、准确且方便地监测足底压力的技术，以用于健康管理、临床诊断和康复工程。
传统的足底压力测量设备包括光学力板和嵌入式多传感器系统。它们在实验室环境中可以提供高精度数据，但体积庞大且对环境依赖性强[16]、[17]。成本高昂，且佩戴性较差。长期动态监测仍然较为困难。这些限制限制了它们在日常生活、户外运动和长期健康监测中的广泛应用[18]、[19]、[20]。柔性电子技术为下一代可穿戴传感系统克服这些瓶颈提供了新的途径。新型纳米材料[21]，如MXene[22]、石墨烯和碳纳米管[23]，使得柔性传感器的开发成为可能[24]。这些传感器因高灵敏度、优异的柔韧性和良好的佩戴性而受到广泛关注[25]、[26]、[27]、[28]。李等人[29]从蛇鳞中获得了灵感，设计了一种具有交叉倾斜梯度结构的仿生柔性压阻传感器。他们结合了仿生微结构设计和先进的制造工艺（包括直接写入微制造和3D打印），在传感层实现了超高密度的导电接触点，并实现了电极层的高精度图案化。他们的研究为设计和制造高性能柔性触觉传感器提供了宝贵的参考。Nemala等人[30]开发了一种全碳导电墨水，将碳纳米洋葱和碳纳米管分散在SEBS弹性体基质中，并使用这种墨水通过浸涂法制备了压缩传感器；通过刮涂法制备了可拉伸传感器。一维碳纳米管形成了长距离的导电路径，零维碳纳米洋葱填充了网络间隙，这种协同效应显著增强了渗透行为。SEBS基质提供了良好的弹性和强界面粘结性。使用生物质衍生的溶剂进一步提高了环境兼容性和实用性。Peng等人[31]制备了一种压阻传感器阵列，基于交叉条纹纳米碳复合材料，并结合机器学习实现了高精度的触觉识别，该阵列具有1.5 mm的空间分辨率和5 ms的时间分辨率，从单次触摸中识别凸起字母的准确率达到98.9%。性能优势源于交叉结构对串扰的抑制作用，以及纳米碳材料的稳定电响应。机器学习算法的特征增强也起到了重要作用。这项工作为高分辨率、可扩展的机器人触觉感知提供了有效的解决方案。
在复杂的佩戴条件下，通过低成本[32]、[33]和可扩展的制造方法实现高性能柔性传感器的可靠集成和稳定输出仍然是该领域的一个核心挑战[34]、[35]、[36]、[37]。丝网印刷[38]作为一种成熟的图案化技术，具有低成本、高效率和大面积加工能力，非常适合用于柔性电子器件中功能层的制造[39]、[40]、[41]、[42]、[43]。柔性基底通常由硅橡胶等弹性体材料制成[44]。吴等人[45]回顾了丝网印刷柔性传感器的最新进展，强调了其在成本效益、大面积兼容性和可定制图案化方面的优势。该技术能够打印多种功能性墨水（包括金属、碳基材料、聚合物和MXenes），并允许在一步中集成传感层、电极和微结构。这些能力为高性能、可扩展的柔性传感器的工业化制造提供了可行的途径。李等人[46]展示了一种基于WPU/Gr/Ecoflex复合材料的丝网印刷柔性电阻应变传感器，用于手势识别。该设备通过将自制的石墨烯导电墨水和银浆丝网印刷到PET基底上，然后进行转移和封装制成。在50%的预应变条件下，传感器的可用应变范围为0–112%，响应时间和恢复时间分别为240 ms和40 ms，并在1000次循环后保持稳定性。当该传感器集成到数据手套中并与支持向量机算法结合使用时，系统的手势识别准确率达到97%。这种简单且低成本的方法将预拉伸参数与最终设备性能直接关联起来，为制造高性能可穿戴柔性电子产品提供了一种实用且可扩展的策略。
为了解决这些挑战，本章介绍了一种用于足底压力绘制的丝网印刷柔性传感器。通过添加石墨烯/碳纳米管混合填料调整了导电墨水，使用可拉伸弹性体作为基底，并引入了微纹理以提高灵敏度。最佳组成为8 wt%的填料，通过100目丝网印刷。该传感器在60%应变以下时的灵敏度因子为3.28，在60%到100%应变范围内的灵敏度因子为4.62。响应时间为80 ms，恢复时间为120 ms，能够检测到1%的微小应变。经过5000次循环后，信号漂移可以忽略不计。频率响应在10 Hz以下保持平坦。该传感器贴合皮肤，并能附着在柔性PCB上。设计了42个元素的阵列以匹配足部骨骼结构，覆盖了八个解剖区域：脚趾、三个跖骨区域、内侧和外侧足弓以及内侧和外侧脚跟。硅胶背衬确保了紧密接触。首先记录了不同足弓类型志愿者的静态压力分布，随后对高弓足和平足受试者在平地行走时的动态压力进行了测试。使用Matlab生成了电压图，并量化了峰值压力和压力-时间积分。所提出的制造方法成本低廉且可扩展。该传感器平台为步态分析、足部疾病的早期检测以及人机交互提供了可靠的工具。
