Heterogeneous Structure Omnidirectional Strain Sensor Arrays With Cognitively Learned Neural Networks

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作者
Jun Ho Lee,Seong Hyun Kim,Jae Sang Heo,Jee Young Kwak,Chan Woo Park,In-Soo Kim,Minhyeok Lee,Ho‐Hyun Park,Yong‐Hoon Kim,Su Jae Lee,Sung Kyu Park
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (13) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adma.202208184
摘要

Mechanically stretchable strain sensors gain tremendous attention for bioinspired skin sensation systems and artificially intelligent tactile sensors. However, high-accuracy detection of both strain intensity and direction with simple device/array structures is still insufficient. To overcome this limitation, an omnidirectional strain perception platform utilizing a stretchable strain sensor array with triangular-sensor-assembly (three sensors tilted by 45°) coupled with machine learning (ML) -based neural network classification algorithm, is proposed. The strain sensor, which is constructed with strain-insensitive electrode regions and strain-sensitive channel region, can minimize the undesirable electrical intrusion from the electrodes by strain, leading to a heterogeneous surface structure for more reliable strain sensing characteristics. The strain sensor exhibits decent sensitivity with gauge factor (GF) of ≈8, a moderate sensing range (≈0-35%), and relatively good reliability (3000 stretching cycles). More importantly, by employing a multiclass-multioutput behavior-learned cognition algorithm, the stretchable sensor array with triangular-sensor-assembly exhibits highly accurate recognition of both direction and intensity of an arbitrary strain by interpretating the correlated signals from the three-unit sensors. The omnidirectional strain perception platform with its neural network algorithm exhibits overall strain intensity and direction accuracy around 98% ± 2% over a strain range of ≈0-30% in various surface stimuli environments.
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