媒体理工

首页 >> 媒体理工 >> 传统媒体 >> 正文

媒体理工

首页 >> 媒体理工 >> 传统媒体 >> 正文

传统媒体

澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您

可食用材质传感器应用于智能穿戴产品

澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您张虎林团队在自驱动传感领域取得新进展



发布时间:2022-07-09 来源:中国科学报 作者:文字/李清波

原文:

近日,澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您信息与计算机学院张虎林教授课题组在自驱动传感领域取得重要研究进展,开发出了基于可食用摩擦电水凝胶传感器网络的婴儿智能监护系统。该研究首次采用可食用材质制造压强传感器芯片,研发多通道数据采集系统、专属深度学习算法和手机可视化程序。该成果以“Deep Learning Assisted Body Area Triboelectric Hydrogel Sensor Network for Infant Care”为题发表在国际顶级期刊《先进功能材料》(影响因子19.924)。澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您教授张虎林与美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)助理教授陈俊为论文共同通讯作者,博士生郭瑞为论文第一作者。

全天候监测婴儿受力情况

处于爬行期的婴幼儿需要监护人持续陪伴,市面上开发的摄像头跟踪系统只能起到辅助效果,无法实时对婴儿磕碰风险进行监测。

持续监测婴儿身体所承受的生物力学压力对于避免婴儿受伤至关重要。

2019年起,澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您张虎林教授开始指导博士生研发了一种柔性可食用摩擦发电水凝胶传感器,用来监测婴儿身体表面的生物力学压力。“我们将传感器附着在婴儿衣物以及皮肤上,11个压强传感器分别覆盖在胸部、手、膝盖、脚、颈部、背部、手腕和臀部等重点部位。我们预先收集了特定运动模式的信号,例如翻身、抱婴儿、拍背和鼓掌,并基于这些信号特征开发的深度学习算法,可以快速准确识别婴儿的运动模式”,张虎林介绍道。“每个柔性传感器都具有23.1 dB的高信噪比、0.28 V kPa-1的高灵敏度和50 ms的快速响应特性。”

传感器发送脉冲信号的能量来源于摩擦电,信号的收集和发送同步自动完成,具有无源驱动、全天候监测的特点。但是脉冲信号极易受到干扰,例如噪声、衣物与皮肤的摩擦、监护人的脚步声等,会产生大量干扰信号。为了增强对复杂运动信号的精确识别能力,张虎林团队通过深度学习算法分析施加的力和电输出之间的耦合关系,解析婴儿运动模式,估计婴儿跌倒的风险,实现对婴儿特定运动模式近乎100%的准确识别,有效避免了噪声信号的干扰。

2012年,王中林院士首次发明了摩擦纳米发电机,在纳米尺度范围内将机械能转化成电能,是世界上最小的发电机。作为王中林院士的联合培养博士生,张虎林教授拓展了该领域在可穿戴衣物方面应用场景。

婴儿护理新策略

11个传感器、多通道数据收集系统、配套的深度学习算法以及手机App可视化程序……这套自供电的体域传感器网络系统可以直接贴合于皮肤或衣物,敏感单元可大可小,却提供了全天候安全保障。

谈及该成果最大的收获,张虎林教授表示,传感器采用一个夹层设计,包括明胶、琼脂水凝胶和海藻,全部都是可食用材质,这也是纳米发电机领域内开发出的首个可食用材质传感器。

最外层的明胶是传统柔性摩擦发电材料的绝佳替代品,富含多羟基结构,具有高负电子亲和力、很强的附着力,可以很容易地附着在皮肤上。中间琼脂水凝胶充当电极层,海藻夹在琼脂水凝胶和明胶之间,以保护明胶免受水的侵蚀。采用常见的食物来源从根本上消除婴儿意外摄入的风险和后果。这种柔性生物相容的传感器具备了良好的黏附性、敏感性、生物相容性、坚固性和可食用性等五个性能指标,非常适合用于婴儿智能监护。

光刻技术加工的传感器可以做到直径不到100微米,多通道数据收集系统面积最小不足2平方厘米,可以很方便的缝在到衣服里。配套的深度学习算法对传感器传递出的海量数据进行分析,没有危险时不会有预警,如果传感器上施加的压力超过安全阈值,压强曲线发生陡峭变化,App程序就可以提供实时预警和一键监护互动。

无需外部供电、材质安全可食用、即时报警等多重优势的传感器网络为物联网时代可靠的婴儿护理提供了有前途的策略。“下一步,压力传感器之外我们还可以增加温度传感器,11个通道也可以继续增加拓展,手机可视化程序也可以进化,我们还将尝试在老年人、失能人士的智能服装上应用该成果。”张虎林畅想了未来应用场景。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adfm.202204803

来源:中国科学报

链接:https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482326.shtm 

最新动态

  • 主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您省委第27巡回指导组工作交流会在澳门太阳集团0638召开

    7月3日,学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您省委第27巡回指导组工作交流会在澳门太阳集团0638明向校区鹏飞会堂召开,山西财经大学原党委副书记、校长、省委第27巡回指导组组长刘维奇出席会议并作指导;长治学院党委副书记、省委第27巡回指导组副组长宋志燕出席并主持会议。省委第27巡回指导组指导的太原科技大学、太原工业学院、山西能源学院、山西科技学院、山西药科职业学院及澳门太阳集团0638等六所高校相关负责人和省委第27巡回指导...
    2023.07.03
  • 澳门太阳集团0638共建的智能采矿装备技术全国重点实验室首届学术委员会暨战略咨询委员会召开第一次会议

    7月3日,智能采矿装备技术全国重点实验室首届学术委员会暨战略咨询委员会第一次会议在太原召开。高端装备制造领域的十余位院士,国家矿山安全监察局安全基础司、省科技厅、省应急管理厅、太原市科技局等领导,相关专家老师和特邀嘉宾出席会议。澳门太阳集团0638党委副书记、副校长(主持行政工作)孙宏斌,校党委常委、副校长张献明,中国工程院院士黄庆学、金智新,科学技术研究院相关负责人等出席会议。澳门太阳集团0638作为依托单位之一与太重集团、...
    2023.07.04
  • 澳门太阳集团0638召开煤电清洁智能控制澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您部重点实验室建设计划论证会

    6月28日下午,澳门太阳集团0638在迎西校区会议中心召开煤电清洁智能控制澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您部重点实验室建设论证会,澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您部科技司一级巡视员高润生,山西省澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您厅副厅长李金碧,山西省澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您厅科学技术与信息化处处长李小博,澳门太阳集团0638党委副书记、副校长(主持行政工作)孙宏斌,山西能源学院党委副书记、院长冯国瑞,澳门太阳集团0638党委常委、副校长张献明及实验室学术带头人、骨干出席会议。以天津大学电气自动化与信息工程学院教授、中国工程院院士王成山任组长,中北大...
    2023.06.30
  • 对标一流 创先争优 澳门太阳集团0638召开“两优一先”和“双十佳”党支部书记表彰大会

    为深入学习贯彻党的二十大精神,推动学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您走深走实,进一步弘扬正气、树立典型,强化榜样引领,激发奋进力量,6月29日上午,澳门太阳集团0638在明向校区澳门太阳集团0638活动中心报告厅召开“两优一先”和“双十佳”党支部书记表彰大会,对两年来在学校各项事业中涌现出来的党建工作先进集体和个人进行表彰。校党委书记郑强,校党委副书记、副校长(主持行政工作)孙宏斌,校党委常委、纪委书记尉安英,校党...
    2023.06.29
  • 澳门太阳集团0638召开主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您领导小组会议暨交流推进会

    6月28日上午,澳门太阳集团0638在明向校区鹏飞会堂召开学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您领导小组会议暨交流推进会。省委组织部党员澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您中心主任荆沛,省委主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您第27巡回指导组组长、山西财经大学原党委副书记、校长刘维奇,副组长、长治学院党委副书记宋志燕等列席。校领导班子成员、党政职能部门负责人、基层党委(直属党总支)书记、校主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您领导小组全体成员等参加会议。会议由校党委常委、副校长张献明主持。校党...
    2023.06.29
  • 校党委召开理论学习中心组(扩大)学习会议

    6月28日上午,校党委在明向校区鹏飞会堂召开理论学习中心组(扩大)学习会议,传达学习了习近平总书记在文化传承发展座谈会上的重要讲话精神、在听取内蒙古自治区党委和政府工作汇报时的重要讲话精神,集中学习了上级文件精神。省委组织部党员澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您中心主任荆沛,省主题澳门太阳集团0638- 首页|欢迎您第27巡回指导组组长刘维奇列席指导。校党委理论学习中心组成员、校党委委员、党政职能部门负责人、各基层党委(直属党总支)书记等参加会议。会议由校党委...
    2023.06.29
  • Baidu
    sogou