【技術(shù)領(lǐng)域】
信息電子
【技術(shù)背景】
情緒可以有效反映人的生理和心理狀態(tài)，在日常生活中起著舉足輕重的作用。然而與情緒密切相關(guān)的多種疾病，具有隱蔽性，難以提前預(yù)防，對患者的生活造成很大困擾。由于腦電信號（EEG）可以反饋人類情緒對應(yīng)的電位變化，這為情緒識別提供了一條可行的路徑。腦電信號幅值低，易受到外界噪聲干擾，獲取高保真度的腦電信號是實(shí)現(xiàn)情緒識別的基礎(chǔ)。目前用于腦機(jī)接口的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常為多通道剛性電極集成的腦電帽，其便攜性和佩戴舒適性較差，易受運(yùn)動(dòng)偽影的影響。此外，腦電信號的非平穩(wěn)性和個(gè)體間存在域轉(zhuǎn)移問題，也會導(dǎo)致分類準(zhǔn)確性下降。因此，在確保的腦電采集設(shè)備佩戴舒適性和便攜性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量信號的采集和高精度的情緒分類仍然存在重大挑戰(zhàn)。近年來，開發(fā)高性能的柔性表皮電極成為研究熱點(diǎn)。如何降低電極的接觸阻抗，進(jìn)一步提高電極在極端變形、出汗、運(yùn)動(dòng)、高濕度等復(fù)雜條件下，穩(wěn)定采集高質(zhì)量電生理信號的能力成為研究關(guān)鍵。
【解決方案】
本成果提出了一種以黏合劑和疏水性雙層水凝膠（AHBH）為界面的皮膚生物傳感器，用于高精度的情感分類。AHBH實(shí)現(xiàn)了顯著的附著力結(jié)合鄰苯二酚基團(tuán)的粘附機(jī)制和靜電吸引。同時(shí)，基于疏水基團(tuán)重排和表面能降低的協(xié)同效應(yīng)，AHB疏水層通過僅0.5小時(shí)的疏水處理展現(xiàn)133.87°的水接觸角。還引入了氫鍵和靜電鍵，以形成無縫粘附疏水水凝膠界面，并分別抑制粘附衰減。利用AHBH作為理想的設(shè)備/皮膚接口，生物傳感器可以可靠地收集高質(zhì)量的電生理信號，即使在振動(dòng)、出汗和長期監(jiān)測條件下。此外，皮膚上的電極、數(shù)據(jù)處理和無線模塊被集成到便攜式頭帶中，用于基于EEG的情緒分類，采用基于轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)技術(shù)的域自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以減輕域移位的影響，達(dá)到較高的分類精度。
【技術(shù)優(yōu)勢】
優(yōu)勢1：該柔性表皮電極具有良好的附著力(59.7 N/m)和低模量(6.9 kPa)，實(shí)現(xiàn)了與皮膚無縫結(jié)合；此外疏水層經(jīng)過30分鐘的處理，接觸角即可達(dá)到133.87度。優(yōu)于以往的疏水水凝膠。AHB水凝膠的抗水侵蝕、抗膨脹、抗干燥和力學(xué)性能也得到顯著提高，使AHB水凝膠成為理想的皮膚/設(shè)備界面。
優(yōu)勢2：雙層水凝膠結(jié)合緊密能夠承受~700%的拉伸應(yīng)變而不發(fā)生分層，而且能保持粘接/疏水性能不衰減。優(yōu)勢3：該表皮系統(tǒng)能在多種復(fù)雜條件下(如振動(dòng)、出汗和長期監(jiān)測)采集高保真度的EP信號，通過將表皮電極與無線系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)了便攜式的腦電數(shù)據(jù)采集。進(jìn)一步結(jié)合DANN算法減輕了域轉(zhuǎn)移的影響，有效提高了分類精度，約90%。
【應(yīng)用案例】
應(yīng)用場景一：用于檢測高危行業(yè)的工人以及運(yùn)動(dòng)員的生理心理狀態(tài)
應(yīng)用場景二：用于抑郁癥、癲癇等疾病的診斷和預(yù)防
【知識產(chǎn)權(quán)】
本成果申請了多項(xiàng)中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、面談等
【專家介紹】
吳豪（Wu Hao，Research Fellow），2007年從華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)獲得學(xué)士學(xué)位， 2012年從美國佐治亞理工學(xué)院機(jī)械工程系獲得博士學(xué)位，專業(yè)方向?yàn)橹圃旃こ獭?span lang="EN-US">2013年起在美國英特爾公司擔(dān)任工藝研發(fā)高級工程師，2016年6月回到華中科技大學(xué)從事教學(xué)科研工作，主要研究領(lǐng)域?yàn)槿嵝噪娮悠骷c集成，機(jī)器人感知、靈巧操作與人機(jī)交互，可穿戴人體健康監(jiān)測。在材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Advanced Materials及系列，制造工程領(lǐng)域權(quán)威期刊ASME Transaction系列，電子工程領(lǐng)域IEEE系列等期刊和重要學(xué)術(shù)會議發(fā)表學(xué)術(shù)論文五十余篇，研究成果被Advanced Science News, Materials Views China等媒體亮點(diǎn)報(bào)道。擔(dān)任微納精密制造領(lǐng)域知名期刊Precision Engineering(2019年影響因子3.108，SCI Q1區(qū)) 副主編(Associate Editor，2015-2023). IEEE會員，ASME會員，MRS會員，中國機(jī)械工程學(xué)會高級會員，中國機(jī)械工程學(xué)會機(jī)器人分會委員，湖北省人工智能學(xué)會理事。獲得制造工程師學(xué)會杰出青年制造工程師獎(jiǎng)(SME OYME, 2016) ，湖北省高層次人才等獎(jiǎng)勵(lì)。
【聯(lián)系方式】
成果編號：CG22017
