Superior compressive and tensile bi-directional strain sensing capabilities achieved using liquid metal Hybrid-Hydrogels empowered by Machine learning algorithms

标度系数 材料科学 自愈水凝胶 极限抗拉强度 电容感应 计算机科学 弯曲 石墨烯 人工智能 纳米技术 复合材料 操作系统 制作 病理 高分子化学 替代医学 医学
作者
Jian Zhou,Ying Liu,Fengling Zhuo,Hui Chen,Huấn Cao,Yongqing Fu,Jianfei Xie,Huigao Duan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147790-147790 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147790
摘要

Hydrogel-based flexible strain sensors have great potentials for applications in wearable electronics, human–machine interfaces, and soft robotics. Although great efforts have been made on enhancing tensile strain sensing capability of hydrogels, their sensing capabilities under compressive deformation have seldom been explored. Herein, we report a liquid metal-based hybrid hydrogel which achieves high stretchability (2300 %), superior bi-directional responses to both compressive strains (with a gauge factor of 33.43) and tensile strains (with a gauge factor of 9.59), fast response time (190 ms), and excellent durability (>1500 cycles). This conductive hybrid hydrogel with multi-interpenetrating networks is constructed by incorporating liquid metal, graphene oxide, poly-dopamine, and potassium chloride into a polymer double-network of polyacrylamide and poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulfonate). By integrating machine-learning algorithm with the hybrid hydrogel sensors, an intelligent dual-mode handwriting recognition system is developed for perceiving finger touch signals (in compressive-strain mode) and finger bending signals (in tensile-strain mode), with high accuracy (>93 %) and fast recognition time (<1s) when recognizing numbers, letters, and signature signals. Furthermore, this handwriting recognition system demonstrates advanced performance for human–machine interactions (e.g., playing music) and virtual reality interactions. This study offers a promising strategy to develop hydrogel electronics with bidirectional sensing capabilities for diversified practical applications.
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