Bioinspired composite fiber aerogel pressure sensor for machine-learning-assisted human activity and gesture recognition

材料科学 气凝胶 复合数 手势 手势识别 纤维 压力传感器 活动识别 纳米技术 生物医学工程 人机交互 复合材料 人工智能 机械工程 计算机科学 工程类
作者
Wenke Yang,Shun Liu,Ziqi Wang,Hu Liu,Caofeng Pan,Chuntai Liu,Changyu Shen
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:127: 109799-109799 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109799
摘要

Machine-learning-assisted human activity and gesture recognition are valuable for human-computer interaction, and data acquisition often necessitates high-performance sensors. Here, inspired by spider web and bat wing airflow sensing system, polyimide fiber (PIF)/carbon black (CB) composite fiber aerogel (CFA) pressure sensor with biomimetic hair-Merkel cell sensitive unit was developed, exhibiting ultralow detection limit (2 Pa), high pressure sensitivity (S=23.1 kPa-1), wide linear detection capacity up to 67.61 kPa, and fast response/recovery time (140/100 ms). Thanks to the excellent mechanical property and environmental tolerance of CFA, it also possesses excellent low fatigue over >4000 cycles and good durability even at extreme high-temperature (200 °C) and underwater conditions. The superior signal data of the sensor, combined with the Convolutional Neural Network machine learning algorithm, achieves ultra-high prediction accuracies of 96.73% and 98.26% for human activity and gesture recognition, respectively. Additionally, CFA also has amazing thermal management properties, making it to be an ideal candidate for wearable electronics with excellent wearing comfort and safety.
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