Wide‐Bandwidth Nanocomposite‐Sensor Integrated Smart Mask for Tracking Multiphase Respiratory Activities

可穿戴计算机 计算机科学 可穿戴技术 带宽(计算) 人工智能 人机交互 嵌入式系统 电信
作者
Jiao Suo,Yifan Liu,Cong Wu,Meng Chang Chen,Alex Q. Huang,Yi-Ming Liu,Kuanming Yao,Yangbin Chen,Qiqi Pan,Xiaoyu Chang,Alice Leung,H.L.W. Chan,Guanglie Zhang,Zhengbao Yang,Walid A. Daoud,Xinyue Li,Vellaisamy A. L. Roy,Jiangang Shen,Xinge Yu,Jian-Ping Wang,Wen J. Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (31): 2203565-2203565 被引量:5
标识
DOI:10.1002/advs.202203565
摘要

Wearing masks has been a recommended protective measure due to the risks of coronavirus disease 2019 (COVID-19) even in its coming endemic phase. Therefore, deploying a “smart mask” to monitor human physiological signals is highly beneficial for personal and public health. This work presents a smart mask integrating an ultrathin nanocomposite sponge structure-based soundwave sensor (≈400 µm), which allows the high sensitivity in a wide-bandwidth dynamic pressure range, i.e., capable of detecting various respiratory sounds of breathing, speaking, and coughing. Thirty-one subjects test the smart mask in recording their respiratory activities. Machine/deep learning methods, i.e., support vector machine and convolutional neural networks, are used to recognize these activities, which show average macro-recalls of ≈95% in both individual and generalized models. With rich high-frequency (≈4000 Hz) information recorded, the two-/tri-phase coughs can be mapped while speaking words can be identified, demonstrating that the smart mask can be applicable as a daily wearable Internet of Things (IoT) device for respiratory disease identification, voice interaction tool, etc. in the future. This work bridges the technological gap between ultra-lightweight but high-frequency response sensor material fabrication, signal transduction and processing, and machining/deep learning to demonstrate a wearable device for potential applications in continual health monitoring in daily life.
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