Stretchable and anti-impact iontronic pressure sensor with an ultrabroad linear range for biophysical monitoring and deep learning-aided knee rehabilitation

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作者
Hongcheng Xu,Libo Gao,Haitao Zhao,Hanlin Huang,Yuejiao Wang,Gang Chen,Yuxin Qin,Ningjuan Zhao,Dandan Xu,Ling Duan,Xuan Li,Li Siyu,Zhongbao Luo,Weidong Wang,Yang Lu
出处
期刊:Microsystems & Nanoengineering [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41378-021-00318-2
摘要

Abstract Monitoring biophysical signals such as body or organ movements and other physical phenomena is necessary for patient rehabilitation. However, stretchable flexible pressure sensors with high sensitivity and a broad range that can meet these requirements are still lacking. Herein, we successfully monitored various vital biophysical features and implemented in-sensor dynamic deep learning for knee rehabilitation using an ultrabroad linear range and high-sensitivity stretchable iontronic pressure sensor (SIPS). We optimized the topological structure and material composition of the electrode to build a fully stretching on-skin sensor. The high sensitivity (12.43 kPa −1 ), ultrabroad linear sensing range (1 MPa), high pressure resolution (6.4 Pa), long-term durability (no decay after 12000 cycles), and excellent stretchability (up to 20%) allow the sensor to maintain operating stability, even in emergency cases with a high sudden impact force (near 1 MPa) applied to the sensor. As a practical demonstration, the SIPS can positively track biophysical signals such as pulse waves, muscle movements, and plantar pressure. Importantly, with the help of a neuro-inspired fully convolutional network algorithm, the SIPS can accurately predict knee joint postures for better rehabilitation after orthopedic surgery. Our SIPS has potential as a promising candidate for wearable electronics and artificial intelligent medical engineering owing to its unique high signal-to-noise ratio and ultrabroad linear range.

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