High Sensitivity and Wide Linear Range Flexible Piezoresistive Pressure Sensor with Microspheres as Spacers for Pronunciation Recognition

材料科学 压力传感器 线性 灵敏度(控制系统) 响应度 压阻效应 动态范围 传感器阵列 光电子学 纳米技术 声学 计算机科学 电子工程 光电探测器 机械工程 计算机视觉 机器学习 物理 工程类
作者
Bingfang Huang,Jiyong Feng,Junkai He,Weibo Huang,Junhua Huang,Shaodian Yang,Wenfeng Duan,Zheng Zhou,Zhiping Zeng,Xuchun Gui
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (15): 19298-19308 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04156
摘要

Flexible piezoresistive pressure sensors have received great popularity in flexible electronics due to their simple structure and promising applications in health monitoring and artificial intelligence. However, the contradiction between sensitivity and detection range limits the application of the sensors in the medium-pressure regime. Here, a flexible piezoresistive pressure sensor is fabricated by combining a hierarchical spinous microstructure sensitive layer and a periodic microsphere array spacer. The sensor achieves high sensitivity (39.1 kPa-1) and outstanding linearity (0.99, R2 coefficient) in a medium-pressure regime, as well as a wide range of detection (100 Pa-160.0 kPa), high detection precision (<0.63‰ full scale), and excellent durability (>5000 cycles). The mechanism of the microsphere array spacer in improving sensitivity and detection range was revealed through finite element analysis. Furthermore, the sensors have been utilized to detect muscle and joint movements, spatial pressure distributions, and throat movements during pronouncing words. By means of a full-connect artificial neural network for machine learning, the sensor's output of different pronounced words can be precisely distinguished and classified with an overall accuracy of 96.0%. Overall, the high-performance flexible pressure sensor based on a microsphere array spacer has great potential in health monitoring, human-machine interface, and artificial intelligence of medium-pressure regime.
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