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具有稳定电响应的PAM/PVA/PDA@rGO复合水凝胶传感器的制备及在人体运动监测与人机交互中的应用OA

Preparation of PAM/PVA/PDA@rGO composite hydrogel sen-sors with stable electrical response and their applications in human motion monitoring and human-machine interaction

中文摘要英文摘要

针对当前柔性应变传感器在人体运动监测与人机交互应用中存在的信号线性度差、重复性低、抗疲劳性能不足等问题,采用一锅自由基聚合法制备了聚丙烯酰胺/聚乙烯醇/聚多巴胺修饰还原氧化石墨烯(PAM/PVA/PDA@rGO)复合导电水凝胶传感器.在该水凝胶传感器中,PVA链与PAM网络形成动态氢键,PDA@rGO作为多功能物理交联点,显著提升力学性能,其韧性最高达1 522.55 kJ·m-3、杨氏模量高达13.72 kPa,在0%~300%应变范围内灵敏度最高可达6.25,响应与恢复时间分别为105 ms与90 ms,经500次拉伸循环测试仍保持信号稳定.该传感器可有效监测身体各处关节运动以及吞咽、脸颊形变等微小生理活动.同时,将其与机器学习结合构建人机交互系统,可实时驱动机械手复现动作,对9种不同手势的识别准确率达99.47%.

Aiming at the defects of poor signal linearity,low repeatability and inferior fatigue resistance existing in cur-rent flexible strain sensors for human motion monitoring and human-computer interaction,the polyacrylamide/polyvi-nyl alcohol/polydopamine-modified reduced graphene oxide(PAM/PVA/PDA@rGO)composite conductive hydrogel sensor was prepared by a one-pot free radical polymerization.In this hydrogel sensor,the PVA chains form dynamic hy-drogen bonds with the PAM network,and PDA@rGO acts as a multifunctional physical crosslinking point,significantly enhancing the mechanical properties.Its maximum toughness is 1522.55 kJ/m3,and Young's modulus reaches 13.72 kPa.The maximum sensitivity reaches 6.25 within the strain range of 0%-300%,with response time of e 105 ms and re-covery time of 90 ms.It can maintain stable electrical signals after 500 tensile cyclic tests.The sensor can effectively monitor human joint movements and subtle physiological behaviors including swallowing and facial deformation.At the same time,combined with machine learning to establish a human-machine interaction system,the sensor can drive manipulators to reproduce human motions in real time,and the recognition accuracy for nine distinct gestures achieves 99.47%.

巫再兴;陈澄;杨野;李萌;董兵海

湖北大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062||湖北大学 高分子材料湖北省重点实验室,湖北 武汉 430062||湖北大学 绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北 武汉 430062湖北大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062||湖北大学 高分子材料湖北省重点实验室,湖北 武汉 430062||湖北大学 绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北 武汉 430062湖北大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062||湖北大学 高分子材料湖北省重点实验室,湖北 武汉 430062||湖北大学 绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北 武汉 430062湖北大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062||湖北大学 高分子材料湖北省重点实验室,湖北 武汉 430062||湖北大学 绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北 武汉 430062湖北大学 材料科学与工程学院,湖北 武汉 430062||湖北大学 高分子材料湖北省重点实验室,湖北 武汉 430062||湖北大学 绿色制备与应用教育部重点实验室,湖北 武汉 430062

通用工业技术

导电水凝胶应变传感器人机交互手势识别还原氧化石墨烯

conductive hydrogelstrain sensorhuman-machine interactiongesture recognitionreduced graphene ox-ide

《纺织工程学报》 2026 (3)

64-74,11

湖北省中央引导地方科技发展专项(2024EIA055),湖北省科技人才服务企业项目(2023DJC081)

10.20150/j.cnki.fzgcxb.2026.03.006

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