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山西師大崔小靜 ACS Sensors：機(jī)器學(xué)習(xí)輔助熱電水凝膠實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)面部感知
2025-01-11  來源：高分子科技

  面部感知技術(shù)以其獨(dú)特的分析能力，在醫(yī)療健康、人機(jī)交互、安全監(jiān)控及心理研究等多個(gè)領(lǐng)域具有重要的研究意義，它不僅促進(jìn)了疾病的早期預(yù)警與個(gè)性化健康管理，還增強(qiáng)了人機(jī)交互的自然性與安全性，同時(shí)為心理研究提供了新視角。然而，當(dāng)前面部感知技術(shù)的應(yīng)用仍面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和電源供應(yīng)依賴性等限制。


  近日，山西師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院崔小靜副教授在《ACS Sensors》（SCI一區(qū)，影響因子：9.6）發(fā)表了題為“Thermoelectric Gel Enabling Self-Powered Facial Perception for Expression Recognition and Health Monitoring”的論文。該論文報(bào)道了一種機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的自驅(qū)動(dòng)面部感知熱電凝膠電子皮膚。該熱電水凝膠具有柔性可拉伸和溫度感知特性，可以與人體皮膚共形貼合，精準(zhǔn)感知面部肌肉活動(dòng)和溫度變化，從而實(shí)現(xiàn)面部表情精準(zhǔn)識(shí)別和人體健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。


圖1. 熱電水凝膠自供電傳感器的流程圖


  本研究基于聚乙烯醇（PVA)、結(jié)冷膠、甘油等制備了具有熱電特性的雙網(wǎng)絡(luò)熱電水凝膠（PGG）貼片，其各組分之間的氫鍵相互作用賦予了熱電凝膠較好的拉伸性和抗干燥性，同時(shí)，氧化還原對(duì)[Fe(CN)6]4-/3-和氯化鈉的同時(shí)加入，賦予PGG良好的熱電轉(zhuǎn)換能力，塞貝克系數(shù)可達(dá)到1.89 mV K-1。


圖2. 水凝膠的熱電性能測(cè)試


  鑒于該熱電水凝膠良好的綜合性能，本研究設(shè)計(jì)了一種與人體皮膚可共形的自驅(qū)動(dòng)熱電凝膠貼片，并選擇了面部11個(gè)關(guān)鍵肌肉部位作為監(jiān)測(cè)位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)面部肌肉活動(dòng)和溫度變化的自驅(qū)動(dòng)感知。基于熱電水凝膠的感知信號(hào)，在機(jī)器學(xué)習(xí)算法輔助下實(shí)現(xiàn)了面部表情識(shí)別和健康監(jiān)測(cè)，綜合準(zhǔn)確率高達(dá)96%。該研究在人機(jī)交互、健康管理和智能穿戴等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用潛力。


圖3. 熱電凝膠用于面部表情識(shí)別和健康狀況監(jiān)測(cè)


  該論文第一作者為山西師范大學(xué)崔小靜副教授，研究生聶鈺又為共同第一作者，論文通訊作者為太原理工大學(xué)張虎林教授，該研究得到國家自然科學(xué)基金、山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃、山西省回國留學(xué)人員科研資助項(xiàng)目的支持。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c03099?articleRef=control

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