Machine learning‐assisted wearable sensor array for comprehensive ammonia and nitrogen dioxide detection in wide relative humidity range

二氧化氮 相对湿度 可穿戴计算机 湿度 氮气 航程(航空) 环境科学 计算机科学 材料科学 纳米技术 化学 嵌入式系统 复合材料 物理 有机化学 气象学
作者
Yiwen Li,Shuai Guo,Boyi Wang,Jianguo Sun,Liupeng Zhao,Tianshuang Wang,Xu Yan,Fangmeng Liu,Peng Sun,John Wang,Swee Ching Tan,Geyu Lu
出处
期刊:InfoMat [Wiley]
卷期号:6 (6) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/inf2.12544
摘要

Abstract The fast booming of wearable electronics provides great opportunities for intelligent gas detection with improved healthcare of mining workers, and a variety of gas sensors have been simultaneously developed. However, these sensing systems are always limited to single gas detection and are highly susceptible to the inference of ubiquitous moisture, resulting in less accuracy in the analysis of gas compositions in real mining conditions. To address these challenges, we propose a synergistic strategy based on sensor integration and machine learning algorithms to realize precise NH 3 and NO 2 gas detections under real mining conditions. A wearable sensing array based on the graphene and polyaniline composite is developed to largely enhance the sensitivity and selectivity under mixed gas conditions. Further introduction of backpropagation neural network (BP‐NN) and partial least squares (PLS) algorithms could improve the accuracy of gas identification and concentration prediction and settle the inference of moisture, realizing over 99% theoretical prediction level on NH 3 and NO 2 concentrations within a wide relative humidity range, showing great promise in real mining detection. As proof of concept, a wireless wearable bracelet, integrated with sensing arrays and machine‐learning algorithms, is developed for wireless real‐time warning of hazardous gases in mines under different humidity conditions. image
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