中国科学(技术科学)2024,Vol.54Issue(5) :861-869.DOI:10.1360/SST-2022-0240

基于原位焦耳热处理的自黏附柔性表面肌电电极阵列设计与制备

The design and fabrication of self-adhesive flexible surface EMG electrode array based on in-situ Joule heat treatment

胡洋 陆骐峰 黄建尊 孙富钦 夏翌彰 曹云 聂伟荣 张珽
中国科学(技术科学)2024,Vol.54Issue(5) :861-869.DOI:10.1360/SST-2022-0240

基于原位焦耳热处理的自黏附柔性表面肌电电极阵列设计与制备

The design and fabrication of self-adhesive flexible surface EMG electrode array based on in-situ Joule heat treatment

胡洋 1陆骐峰 2黄建尊 3孙富钦 4夏翌彰 3曹云 5聂伟荣 5张珽6
扫码查看

作者信息

  • 1. 南京理工大学机械工程学院,南京 210094;中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,创新实验室,NANO-X纳米真空互联实验站,苏州 215123
  • 2. 西交利物浦大学芯片学院,苏州 215123
  • 3. 湘潭大学计算机学院·网络空间安全学院,湘潭 411105
  • 4. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,创新实验室,NANO-X纳米真空互联实验站,苏州 215123
  • 5. 南京理工大学机械工程学院,南京 210094
  • 6. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,创新实验室,NANO-X纳米真空互联实验站,苏州 215123;中国科学技术大学,纳米技术与纳米仿生学院,合肥 230026
  • 折叠

摘要

随着柔性电子的发展,表皮电子在人机交互中的作用越来越突出.然而,柔性器件的稳定性和可靠性仍然是其得到广泛应用的一个挑战.本文设计一种以聚乙烯醇(PVA)为衬底,金(Au)为电极层的表面肌电(sEMG)电极阵列,通过原位焦耳加热方法对有源区域PVA衬底进行精确热处理调控,提高其结晶度和模量,提升有源区域电极的稳定性.基于该方法制备的sEMG电极阵列实现了与皮肤的共形贴附,可稳定采集8 h以上的高信噪比(达到21.3 dB)的肌电信号,进一步开展了基于sEMG信号的手势识别应用研究,识别率可达99.27%.以上结果表明,本研究提出的sEMG电极阵列制备方法简单高效,可长时间稳定工作,有望在基于sEMG信号的人机交互领域中得到应用.

Abstract

With the development of flexible electronics,epidermal electronics have played an increasingly prominent role in human-computer interaction.However,the stability and reliability of flexible devices remain a challenge for their widespread applications.In this paper,a surface electromyography(sEMG)electrode array is designed with polyvinyl alcohol as the substrate and gold(Au)as the electrode layer.The active area is accurately treated by in-situ Joule heating to improve the crystallinity and modulus to enhance the electrode stability.The sEMG electrode array can conformally attach to the skin,and an sEMG signal with high signal-to-noise(~21.3 dB)can be recorded for over 8 hours.Further research on the application of gesture recognition based on the sEMG signal was conducted,and the recognition rate reached 99.27%.The above results show that the preparation method of the sEMG electrode array proposed in this study is simple and efficient,can work stably for a long time,and can be applied in the field of human-computer interaction based on sEMG signals.

关键词

表面肌电/电极阵列/焦耳加热/手势识别

Key words

surface electromyography/electrode array/Joule heating/gesture recognition

引用本文复制引用

基金项目

国家自然科学基金(62125112)

国家自然科学基金(62071463)

国家自然科学基金(62071462)

国家自然科学基金(22109173)

西交利物浦科研发展基金(RDF-21-01-027)

出版年

2024
中国科学(技术科学)
中国科学院

中国科学(技术科学)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.752
ISSN:1674-7259
段落导航相关论文