可穿戴设备中使用的可拉伸晶体管可实现传感器内边缘计算

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有机电化学晶体管 (OECT) 是一种由碳基材料制成的神经形态晶体管，结合了电子和离子电荷载体。这些晶体管可以成为放大和切换电子信号的有效解决方案，这些电子信号用于放置在人体皮肤上的设备，例如智能手表、监测生理信号的跟踪器和其他可穿戴技术。
与传统的神经形态晶体管相比，OECT 可以在潮湿或潮湿的环境中可靠运行，这对于医疗和可穿戴设备来说都是非常有利的。尽管 OECT 具有巨大的潜力，但大多数现有的 OECT 都是基于坚硬的材料，这会降低可穿戴设备的舒适度，从而阻碍其大规模部署。
香港大学的研究人员开发了一种基于可拉伸 OECT 的新型可穿戴设备，它既可以执行计算，又可以收集周围环境的信号。他们提出的系统发表在《自然电子》杂志上，可用于在用户舒适的柔性可穿戴设备上实现传感器内边缘计算。
论文共同作者张世明告诉 Tech Xplore： “人工智能和机器学习的兴起具有变革性，渗透到了各个领域。”
“然而，它们在可穿戴设备上的部署才刚刚开始，这对于实现数字健康至关重要。我们的目标是将机器学习功能嵌入到可穿戴设备中，以实现传感器内的神经形态计算或边缘计算功能。这可以实现实时、基于边缘的决策，这对于闭环治疗诊断至关重要，并且与人工智能驱动的医学息息相关。”
作为研究的一部分，张和他的同事着手开发一种基于可拉伸 OECT 阵列的 AI 可穿戴设备。这首先需要开发机器学习算法并在生物医学数据集上对其进行训练，以准确对用户的生理和健康状况做出具体预测。
张说：“为了将我们的算法与可穿戴设备相结合，我们面临三个主要挑战：收集更高质量的健康数据进行精确训练、用柔软的皮肤抑制运动伪影从而最大限度地减少数据噪音、以及定制算法以实现最大的计算效率。”
“相应地，我们使用 OECT 来实现高质量的肌肉 EMG 信号；开发可拉伸的 OECT 以最大限度地减少运动伪影，并采用特定的 AI 算法、储层计算来进行节能数据训练。”
研究人员制造的 OECT 被集成到他们提出的可穿戴设备中，由可拉伸组件组成，包括弹性基板、半导体聚合物通道和固体凝胶电解质，以及金基源极、漏极和栅极电极。研究发现，晶体管的可拉伸性超过 50%，尺寸可达到 100 微米。
研究人员使用高分辨率喷墨打印系统制造了可拉伸晶体管，随后利用它们开发了兼容智能手表的传感器内计算模块。在初步测试中，该模块表现出色，例如，可以预测佩戴该模块的用户的手势，准确率约为 90%。
张补充道：“在这个项目中，我们整合了材料科学、制造、电子、人工智能和医学等多学科知识。”
“所展示的 WISE 平台（可穿戴、智能和软电子）是通用的，可以轻松定制用于其他计算可穿戴应用。该系统有可能改善多种疾病的健康状况，使患者和广大公众受益。”