Human limb motion tracking and recognition plays an important role in medical rehabilitation training, lower limb assistance, prosthetics design for amputees, feedback control for assistive robots, etc. Lightweight wearable sensors, including inertial sensors, surface electromyography sensors, and flexible strain/pressure, are promising to become the next-generation human motion capture devices. Herein, we present a wireless wearable device consisting of a sixteen-channel flexible sponge-based pressure sensor array to recognize various human lower limb motions by detecting contours on the human skin caused by calf gastrocnemius muscle actions. Each sensing element is a round porous structure of thin carbon nanotube/polydimethylsiloxane nanocomposites with a diameter of 4 mm and thickness of about 400 {\mu}m. Ten human subjects were recruited to perform ten different lower limb motions while wearing the developed device. The motion classification result with the support vector machine method shows a macro-recall of about 97.3% for all ten motions tested. This work demonstrates a portable wearable muscle activity detection device with a lower limb motion recognition application, which can be potentially used in assistive robot control, healthcare, sports monitoring, etc.


翻译:人体肢体运动跟踪和识别在医疗康复培训、下肢辅助、截肢者的假肢设计、辅助机器人的反馈控制等方面起着重要作用。 轻质磨损传感器,包括惯性传感器、表面电动传感器和弹性压力/压力,有望成为下一代人类运动抓捕装置。 这里,我们展示了一个无线磨损装置,由16个通道的灵活海绵压力传感器阵列组成,通过探测小牛肠胃球菌肌肉动作引起的人类皮肤上的轮廓来识别人类下肢运动。 每个感应元件都是一个直径为4毫米、厚度约为400毫微米的薄碳纳米管/聚二甲基硅氧纳米复合物的圆孔结构。 10个人体主体被招募在使用发达装置的同时执行10种不同的低肢运动。 使用支持矢量机的动作分类结果显示,所有10个运动动作的检测结果都以97.3%的宏观回调。 这项工作展示了可移动式磨损肌肉活动探测装置,其下肢动作识别应用程序可被用于辅助性机器人控制、运动监测等。

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