Flexible Wide-Range Triboelectric Sensor for Physiological Signal Monitoring and Human Motion Recognition

摩擦电效应 信号(编程语言) 材料科学 航程(航空) 运动(物理) 人体运动 计算机科学 人工智能 工程类 航空航天工程 复合材料 程序设计语言
作者
Ran Xu,Fangyuan Luo,Zhiyuan Zhu,Mintong Li,Bin Chen
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (8): 4051-4060 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsaelm.2c00681
摘要

Triboelectric nanogenerators, as a device that converts mechanical energy into electrical energy, can respond to external pressure stimuli. However, most triboelectric sensors can only perform pressure measurements in a narrow pressure range, which limits their application in multiple scenarios. Here, we proposed a wide-range triboelectric pressure sensor based on the difference in Young’s modulus of the materials and a double-sandwich-structure design. We analyzed the effect of the structural angle at the material surface on the sensor performance and obtained an optimal combination of angles for a double-sandwich-structure sensor. The proposed sensor has outstanding performance including high sensitivity (249.32 mV/kPa), wide range (0–450 kPa), and fast response time (26 ms). Meanwhile, the sensor has a quite low detection limit (8.72 Pa). The designed sensor can be applied not only to the detection of small physiological signals but also to large plantar pressure sensing. A human motion recognition system based on plantar pressure was developed. Moreover, we also designed a convolutional gated recurrent unit model to recognize four human motions with high accuracy (99.42%). This work provides a design idea to extend the range of the triboelectric sensor to meet multiple applications.
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