Microdome-Induced Strain Localization for Biaxial Strain Decoupling toward Stretchable and Wearable Human Motion Detection

材料科学 解耦(概率) 弹性体 可穿戴计算机 垂直的 拉伤 复合材料 弯曲 纳米技术 声学 计算机科学 工程类 医学 几何学 数学 物理 控制工程 内科学 嵌入式系统
作者
Min Seong Kim,Kyuyoung Kim,Donguk Kwon,Seung‐Hwan Kim,Jimin Gu,Yong Suk Oh,Inkyu Park
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:36 (30): 8939-8946 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.0c01450
摘要

Soft strain sensors have attracted significant attention in wearable human motion monitoring applications. However, there is still a huge challenge for decoupled measurement of multidirectional strains. In this study, we have developed a biaxial and stretchable strain sensor based on a carbon nanotube (CNT) film and a microdome array (MA)-patterned elastomeric substrate. The MA structures lead to generating localized and directional microcracks of CNT films within the intended regions under tensile strain. This mechanism allows a single sensing layer to act as a strain sensor capable of decoupling the biaxial strains into axial and transverse terms. The ratio of resistance change between two perpendicular axes is about 960% under an x-directional strain of 30%, demonstrating the biaxial decoupling capability. Also, the proposed strain sensor shows high stretchability and excellent long-term reliability under a cyclic loading test. Finally, wearable devices integrated with the strain sensor have been successfully utilized to monitor various human motions of the wrist, elbow, knee, and fingers by measuring joint bending and skin elongation.

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