A deep learning–enabled smart garment for accurate and versatile monitoring of sleep conditions in daily life

可穿戴计算机 计算机科学 应变计 深度学习 睡眠(系统调用) 人工智能 睡眠质量 可穿戴技术 标度系数 嵌入式系统 模拟 工程类 医学 电气工程 病理 制作 认知 替代医学 精神科 操作系统
作者
Chenyu Tang,Wentian Yi,Muzi Xu,Yuxuan Jin,Zibo Zhang,Xuhang Chen,Caizhi Liao,Meng‐Tian Kang,Shuo Gao,Peter Smielewski,Luigi G. Occhipinti
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:122 (7)
标识
DOI:10.1073/pnas.2420498122
摘要

In wearable smart systems, continuous monitoring and accurate classification of different sleep-related conditions are critical for enhancing sleep quality and preventing sleep-related chronic conditions. However, the requirements for device–skin coupling quality in electrophysiological sleep monitoring systems hinder the comfort and reliability of night wearing. Here, we report a washable, skin-compatible smart garment sleep monitoring system that captures local skin strain signals under weak device–skin coupling conditions without positioning or skin preparation requirements. A printed textile-based strain sensor array responds to strain from 0.1 to 10% with a gauge factor as high as 100 and shows independence to extrinsic motion artifacts via strain-isolating printed pattern design. Through reversible starching treatment, ink penetration depth during direct printing on garments is controlled to achieve batch-to-batch performance variation <10%. Coupled with deep learning, explainable AI, and transfer learning data processing, the smart garment is capable of classifying six sleep states with an accuracy of 98.6%, maintaining excellent explainability (classification with low bias) and generalization (95% accuracy on new users with few-shot learning less than 15 samples per class) in practical applications, paving the way for next-generation daily sleep healthcare management.
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