3D printed organohydrogel-based strain sensors with enhanced sensitivity and stability via structural design

灵敏度(控制系统) 拉伤 理论(学习稳定性) 材料科学 3d打印 计算机科学 工程类 电子工程 生物医学工程 生物 解剖 机器学习
作者
Binbin Guo,Chengyu Lin,Haitao Ye,Yu Xue,Jinsong Mo,Jiawei Chen,Yangfeng Cui,Chenglong Fu,Jiaming Bai,Qi Ge,Hui Yang
出处
期刊:International journal of extreme manufacturing [IOP Publishing]
卷期号:7 (5): 055507-055507 被引量:5
标识
DOI:10.1088/2631-7990/add971
摘要

Abstract Organohydrogel-based strain sensors are gaining attention for real-time health services and human-machine interactions due to their flexibility, stretchability, and skin-like compliance. However, these sensors often have limited sensitivity and poor stability due to their bulk structure and strain concentration during stretching. In this study, we designed and fabricated diamond-, grid-, and peanut-shaped organohydrogel based on positive, near-zero, and negative Poisson’s ratios using digital light processing (DLP)-based 3D printing technology. Through structural design and optimization, the grid-shaped organohydrogel exhibited record sensitivity with gauge factors of 4.5 (0–200% strain, ionic mode) and 13.5/1.5 × 10 6 (0−2%/2%−100% strain, electronic mode), alongside full resistance recovery for enhanced stability. The 3D-printed grid structure enabled direct wearability and breathability, overcoming traditional sensor limitations. Integrated with a robotic hand system, this sensor demonstrated clinical potential through precise monitoring of paralyzed patients’ grasping movements (with a minimum monitoring angle of 5°). This structural design paradigm advanced flexible electronics by synergizing high sensitivity, stability, wearability, and breathability for healthcare, and human-machine interfaces.
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