【技术领域】

信息电子

【技术背景】

情绪可以有效反映人的生理和心理状态，在日常生活中起着举足轻重的作用。然而与情绪密切相关的多种疾病，具有隐蔽性，难以提前预防，对患者的生活造成很大困扰。由于脑电信号（EEG）可以反馈人类情绪对应的电位变化，这为情绪识别提供了一条可行的路径。脑电信号幅值低，易受到外界噪声干扰，获取高保真度的脑电信号是实现情绪识别的基础。目前用于脑机接口的数据采集设备通常为多通道刚性电极集成的脑电帽，其便携性和佩戴舒适性较差，易受运动伪影的影响。此外，脑电信号的非平稳性和个体间存在域转移问题，也会导致分类准确性下降。因此，在确保的脑电采集设备佩戴舒适性和便携性的同时，实现高质量信号的采集和高精度的情绪分类仍然存在重大挑战。近年来，开发高性能的柔性表皮电极成为研究热点。如何降低电极的接触阻抗，进一步提高电极在极端变形、出汗、运动、高湿度等复杂条件下，稳定采集高质量电生理信号的能力成为研究关键。

【解决方案】

本成果提出了一种以黏合剂和疏水性双层水凝胶（AHBH）为界面的皮肤生物传感器，用于高精度的情感分类。AHBH实现了显著的附着力结合邻苯二酚基团的粘附机制和静电吸引。同时，基于疏水基团重排和表面能降低的协同效应，AHB疏水层通过仅0.5小时的疏水处理展现133.87°的水接触角。还引入了氢键和静电键，以形成无缝粘附疏水水凝胶界面，并分别抑制粘附衰减。利用AHBH作为理想的设备/皮肤接口，生物传感器可以可靠地收集高质量的电生理信号，即使在振动、出汗和长期监测条件下。此外，皮肤上的电极、数据处理和无线模块被集成到便携式头带中，用于基于EEG的情绪分类，采用基于转移学习技术的域自适应神经网络，以减轻域移位的影响，达到较高的分类精度。

【技术优势】

优势1：该柔性表皮电极具有良好的附着力(59.7 N/m)和低模量(6.9 kPa)，实现了与皮肤无缝结合；此外疏水层经过30分钟的处理，接触角即可达到133.87度。优于以往的疏水水凝胶。AHB水凝胶的抗水侵蚀、抗膨胀、抗干燥和力学性能也得到显著提高，使AHB水凝胶成为理想的皮肤/设备界面。

优势2：双层水凝胶结合紧密能够承受~700%的拉伸应变而不发生分层，而且能保持粘接/疏水性能不衰减。优势3：该表皮系统能在多种复杂条件下(如振动、出汗和长期监测)采集高保真度的EP信号，通过将表皮电极与无线系统集成实现了便携式的脑电数据采集。进一步结合DANN算法减轻了域转移的影响，有效提高了分类精度，约90%。

【应用案例】

应用场景一：用于检测高危行业的工人以及运动员的生理心理状态

应用场景二：用于抑郁症、癫痫等疾病的诊断和预防

【知识产权】

本成果申请了多项中国发明专利，下表是部分展示：

【合作方式】

技术开发、技术服务、技术许可、技术转让、面谈等

【专家介绍】

吴豪（Wu Hao，Research Fellow），2007年从华中科技大学机械设计制造及其自动化专业获得学士学位， 2012年从美国佐治亚理工学院机械工程系获得博士学位，专业方向为制造工程。2013年起在美国英特尔公司担任工艺研发高级工程师，2016年6月回到华中科技大学从事教学科研工作，主要研究领域为柔性电子器件与集成，机器人感知、灵巧操作与人机交互，可穿戴人体健康监测。在材料领域权威期刊Advanced Materials及系列，制造工程领域权威期刊ASME Transaction系列，电子工程领域IEEE系列等期刊和重要学术会议发表学术论文五十余篇，研究成果被Advanced Science News, Materials Views China等媒体亮点报道。担任微纳精密制造领域知名期刊Precision Engineering(2019年影响因子3.108，SCI Q1区) 副主编(Associate Editor，2015-2023). IEEE会员，ASME会员，MRS会员，中国机械工程学会高级会员，中国机械工程学会机器人分会委员，湖北省人工智能学会理事。获得制造工程师学会杰出青年制造工程师奖(SME OYME, 2016) ，湖北省高层次人才等奖励。

【联系方式】

成果编号：CG22017