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山西師大崔小靜 ACS Sensors：機器學習輔助熱電水凝膠實現(xiàn)自驅(qū)動面部感知
2025-01-11  來源：高分子科技

  面部感知技術(shù)以其獨特的分析能力，在醫(yī)療健康、人機交互、安全監(jiān)控及心理研究等多個領(lǐng)域具有重要的研究意義，它不僅促進了疾病的早期預(yù)警與個性化健康管理，還增強了人機交互的自然性與安全性，同時為心理研究提供了新視角。然而，當前面部感知技術(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，山西師范大學物理與信息工程學院崔小靜副教授在《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。該論文報道了一種機器學習輔助的自驅(qū)動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，精準感知面部肌肉活動和溫度變化，從而實現(xiàn)面部表情精準識別和人體健康狀態(tài)監(jiān)測。


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，氧化還原對[Fe(CN)6]4-/3-和氯化鈉的同時加入，賦予PGG良好的熱電轉(zhuǎn)換能力，塞貝克系數(shù)可達到1.89 mV K-1。


圖2. 水凝膠的熱電性能測試


  鑒于該熱電水凝膠良好的綜合性能，本研究設(shè)計了一種與人體皮膚可共形的自驅(qū)動熱電凝膠貼片，并選擇了面部11個關(guān)鍵肌肉部位作為監(jiān)測位點，實現(xiàn)了對面部肌肉活動和溫度變化的自驅(qū)動感知。基于熱電水凝膠的感知信號，在機器學習算法輔助下實現(xiàn)了面部表情識別和健康監(jiān)測，綜合準確率高達96%。該研究在人機交互、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別和健康狀況監(jiān)測


  該論文第一作者為山西師范大學崔小靜副教授，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張虎林教授，該研究得到國家自然科學基金、山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃、山西省回國留學人員科研資助項目的支持。


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

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（責任編輯：xu）
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