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太原理工大學(xué)張虎林教授團(tuán)隊(duì) AFM：深度學(xué)習(xí)輔助熱電凝膠電子皮膚用于無源書寫識(shí)別和身份認(rèn)證
2024-01-14  來源：高分子科技

  近年來，人機(jī)界面作為人與機(jī)器之間溝通的關(guān)鍵媒介受到了極大關(guān)注。無源電子皮膚作為一種仿生人機(jī)界面，在網(wǎng)絡(luò)安全和個(gè)人電子設(shè)備方面發(fā)揮著重要作用。然而，目前的無源電子皮膚主要受到制造過程復(fù)雜、本征剛性、大應(yīng)變下信號(hào)失真以及綜合性能不足等限制，從而阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。


圖1. 熱電凝膠電子皮膚基本結(jié)構(gòu)及書寫識(shí)別/身份驗(yàn)證流程圖


  近期，太原理工大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院張虎林教授團(tuán)隊(duì)通過簡(jiǎn)單的一鍋法制備了一種基于雙網(wǎng)絡(luò)熱電凝膠的電子皮膚 (圖1a)，用于深度學(xué)習(xí)輔助的無源書寫識(shí)別和身份認(rèn)證 (圖1c)。PVA、淀粉、聚多巴胺修飾的埃洛石納米管之間的非共價(jià)鍵相互作用賦予了熱電凝膠較好的拉伸性 (534.5%) 和抗穿刺性 (圖2)。由于氧化還原電對(duì)[Fe(CN)6]4?/3?和抗凍劑氯化鋰的同時(shí)加入，熱電凝膠展現(xiàn)了優(yōu)異的塞貝克系數(shù) (1.82 mV K-1) 和較高的低溫電導(dǎo)率 (3.86 S m-1)，并且具有長(zhǎng)周期工作性能 (> 10 days)、熱塑性和可降解性 (圖3)。另外，在無外界電源供電情況下，該熱電凝膠電子皮膚能夠協(xié)同耦合壓阻傳感和熱電轉(zhuǎn)換，將壓力實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并具備高靈敏度 (GF > 4.9) 和快速響應(yīng) (<0.3 s) 等優(yōu)良特性 (圖4)。結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，直接貼附于手臂的熱電凝膠電子皮膚可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶的書寫識(shí)別和身份認(rèn)證，準(zhǔn)確率高達(dá)92.97% (圖5)。這項(xiàng)工作在人機(jī)交互、信息安全和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。該工作以“Deep-Learning-Assisted Thermogalvanic Hydrogel E-Skin for Self-Powered Signature Recognition and Biometric Authentication”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（IF=19）。太原理工大學(xué)博士生李寧和王昭蘇為共同第一作者，通訊作者為張虎林教授。該研究得到山西省自然科學(xué)基金、山西省科技合作與交流專項(xiàng)、山西浙大新材料與化工研究院和山西省“1331”基金的支持。 


圖2. 凝膠機(jī)械性能調(diào)控與表征 


圖3. 凝膠綜合熱電性能表征 


圖4. 熱電凝膠無源傳感機(jī)制和性能


圖5. 深度學(xué)習(xí)輔助書寫識(shí)別和身份驗(yàn)證


  該成果是張虎林教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于凝膠熱電器件研究的最新進(jìn)展之一，這項(xiàng)工作構(gòu)想了深度學(xué)習(xí)輔助的熱電凝膠電子皮膚在信息安全和人機(jī)交互中的廣闊前景。在過去的兩年中，張虎林教授團(tuán)隊(duì)制備了一系列基于不同聚合物網(wǎng)絡(luò)和氧化還原對(duì)的熱電凝膠器件，并致力于開拓凝膠器件的可穿戴無源傳感應(yīng)用場(chǎng)景，取得了一系列的研究成果。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314419

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