Machine Learning-Enhanced Biomass Pressure Sensor with Embedded Wrinkle Structures Created by Surface Buckling

材料科学 皱纹 压力传感器 压阻效应 灵敏度(控制系统) 变形(气象学) 可穿戴计算机 振动 声学 弯曲 复合材料 纳米技术 计算机科学 机械工程 电子工程 嵌入式系统 工程类 物理
作者
Jie Chen,Xiaolu Xia,Xiaoqian Yan,Wenjing Wang,Xiaoyi Yang,Jie Pang,Renhui Qiu,Shuyi Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (39): 46440-46448 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06809
摘要

Flexible piezoresistive sensors are core components of many wearable devices to detect deformation and motion. However, it is still a challenge to conveniently prepare high-precision sensors using natural materials and identify similar short vibration signals. In this study, inspired by microstructures of human skins, biomass flexible piezoresistive sensors were prepared by assembling two wrinkled surfaces of konjac glucomannan and k-carrageenan composite hydrogel. The wrinkle structures were conveniently created by hardness gradient-induced surface buckling and coated with MXene sheets to capture weak pressure signals. The sensor was applied to detect various slight body movements, and a machine learning method was used to enhance the identification of similar and short throat vibration signals. The results showed that the sensor exhibited a high sensitivity of 5.1 kPa-1 under low pressure (50 Pa), a fast response time (104 ms), and high stability over 100 cycles. The XGBoost machine learning model accurately distinguished short voice vibrations similar to those of individual English letters. Moreover, experiments and numerical simulations were carried out to reveal the mechanism of the wrinkle structure preparation and the excellent sensing performance. This biomass sensor preparation and the machine learning method will promote the optimization and application of wearable devices.
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