Wearable sensors designed for strain, pressure, and temperature measurements are essential for monitoring human movements, health status, physiological data, and responses to external stimuli. Notably, recent research has led to the development of high-performance wearable sensors using innovative materials and device structures that exhibit ultra-high sensitivity compared with their commercial counterparts. However, the quest for accurate sensing has identified a critical challenge. Specifically, the mechanical flexibility of the substrates in wearable sensors can introduce interference signals, particularly when subjected to varying external stimuli and environmental conditions, potentially resulting in signal crosstalk and compromised data fidelity. Consequently, the pursuit of non-interference sensing technology is pivotal for enabling independent measurements of concurrent input signals related to strain, pressure, and temperature, ensuring precise signal acquisition. In this comprehensive review, we present an overview of the recent advances in noninterference sensing strategies. We explore various fabrication methods for sensing strain, pressure, and temperature, emphasizing the use of hybrid composite materials with distinct mechanical properties. This review contributes to the understanding of critical developments in wearable sensor technology that are vital for their ongoing application and evolution in numerous fields.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.23
no.7
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pp.171-185
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2023
The cardiovascular syndrome is the dominant reason for death and the number of deaths due to this syndrome has greatly increased recently. Regular cardiac monitoring is crucial in controlling heart parameters, particularly for initial examination and precautions. The quantity of cardiac patients is rising each day and it would increase the load of work for doctors/nurses in handling the patients' situation. Hence, it needed a solution that might benefit doctors/nurses in monitoring the improvement of the health condition of patients in real-time and likewise assure decreasing medical treatment expenses. Regular heart monitoring via wireless body area networks (WBANs) including implantable and wearable medical devices is contemplated as a life-changing technique for medical assistance. This article focuses on the latest development in wearable and implantable devices for cardiovascular monitoring. First, we go through the wearable devices for the electrocardiogram (ECG) monitoring. Then, we reviewed the implantable devices for Blood Pressure (BP) monitoring. Subsequently, the evaluation of leading wearable and implantable sensors for heart monitoring mentioned over the previous six years, the current article provides uncertain direction concerning the description of diagnostic effectiveness, thus intending on making discussion in the technical communal to permit aimed at the formation of well-designed techniques. The article is concluded by debating several technical issues in wearable and implantable technology and their possible potential solutions for conquering these challenges.
Self-powered sensors play an important role in everyday life, and they cover a wide range of topics. These sensors are meant to measure the amount of relevant motion and transform the biomechanical activities into electrical signals using triboelectric nanogenerators (TENGs) since they are sensitive to external stimuli such as pressure, temperature, wetness, and motion. The present advancement of TENGs-based self-powered wearable, implantable, and patchable sensors for healthcare monitoring, human body motion, and medication delivery systems was carefully emphasized in this study. The use of TENG technology to generate electrical energy in real-time using self-powered sensors has been the topic of considerable research among various leading scholars. TENGs have been used in a variety of applications, including biomedical and healthcare physical sensors, wearable devices, biomedical, human-machine interface, chemical and environmental monitoring, smart traffic, smart cities, robotics, and fiber and fabric sensors, among others, as efficient mechanical-to-electric energy conversion technologies. In this evaluation, the progress accomplished by TENG in several areas is extensively reviewed. There will be a discussion on the future of self-powered sensors.
Park, Jiwon;Shin, Joonchul;Hur, Sunghoon;Kang, Chong-Yun;Cho, Kyung-Hoon;Song, Hyun-Cheol
Journal of Sensor Science and Technology
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v.31
no.5
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pp.301-306
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2022
With the recent widespread implementation of Internet of Things (IoT) technology driven by Industry 4.0, self-powered sensors for wearable and implantable systems are increasingly gaining attention. Piezoelectric nanogenerators (PENGs) and triboelectric nanogenerators (TENGs), which convert biomechanical energy into electrical energy, can be considered as efficient self-powered sensor platforms. These are energy harvesters that are used as low-power energy sources. However, they can also be used as sensors when an output signal is used to sense any mechanical stimuli. For sensors, collecting high-quality data is important. However, the accuracy of sensing for practical applications is equally important. This paper provides a brief review of the performance advanced by the materials and structures of the latest PENG/TENG-based wearable sensors and intelligent applications applied using artificial intelligence (AI)
Recently, wearable sensors have received considerable attention in a variety of research fields and industries as the importance of wearable healthcare systems, soft robotics and bio-integrated devices increased. However, expensive and complex processes are hindering the commercialization of wearable sensors. Nanoparticle presents some of solutions to these problems as its adjustable for processability and tunable properties. In this paper, the recent development of nanoparticle based pressure and strain sensors was reviewed, and a discussion on their strategies to overcome the conventional limitation and operating principles is presented.
This paper provides a review of wearable textile strain sensors that can measure the deformation of the body surface according to the movements of the wearer. In previous studies, the requirements of textile strain sensors, materials and fabrication methods, as well as the principle of the strain sensing according to sensor structures were understood; furthermore, the factors that affect the sensing performance were critically reviewed and application studies were examined. Textile strain sensors should be able to show piezoresistive effects with consistent resistance-extension in response to the extensional deformations that are repeated when they are worn. Textile strain sensors with piezoresistivity are typically made using conductive yarn knit structures or carbon-based fillers or conducting polymer filler composite materials. For the accuracy and reliability of textile strain sensors, fabrication technologies that would minimize deformation hysteresis should be developed and processes to complement and analyze sensing results based on accurate understanding of the sensors' resistance-strain behavior are necessary. Since light-weighted, flexible, and highly elastic textile strain sensors can be worn by users without any inconvenience so that to enable the users to continuously collect data related to body movements, textile strain sensors are expected to become the core of human interface technologies with a wide range of applications in diverse areas.
Kim, Jeong Hyeon;Kim, Hyunseung;Jeong, Chang Kyu;Lee, Han Eol
Journal of Sensor Science and Technology
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v.31
no.5
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pp.307-311
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2022
With the development of Internet of Things (IoT) technologies, numerous people worldwide connect with various electronic devices via Human-Machine Interfaces (HMIs). Considering that HMIs are a new concept of dynamic interactions, wearable electronics have been highlighted owing to their lightweight, flexibility, stretchability, and attachability. In particular, wearable strain sensors have been applied to a multitude of practical applications (e.g., fitness and healthcare) by conformally attaching such devices to the human skin. However, the stretchable elastomer in a wearable sensor has an intrinsic stretching limitation; therefore, structural advances of wearable sensors are required to develop practical applications of wearable sensors. In this study, we demonstrated a 3-dimensional (3D), porous, and piezoelectric strain sensor for sensing body movements. More specifically, the device was fabricated by mixing polydimethylsiloxane (PDMS) and polyvinylidene fluoride nanoparticles (PVDF NPs) as the matrix and piezoelectric materials of the strain sensor. The porous structure of the strain sensor was formed by a sugar cube-based 3D template. Additionally, mixing methods of PVDF piezoelectric NPs were optimized to enhance the device sensitivity. Finally, it is verified that the developed strain sensor could be directly attached onto the finger joint to sense its movements.
Human biosignals provide essential information for diagnosing diseases such as dementia and Parkinson's disease. Owing to the shortcomings of current clinical assessments, noninvasive solutions are required. Machine learning (ML) on wearable sensor data is a promising method for the real-time monitoring and early detection of abnormalities. ML facilitates disease identification, severity measurement, and remote rehabilitation by providing continuous feedback. In the context of wearable sensor technology, ML involves training on observed data for tasks such as classification and regression with applications in clinical metrics. Although supervised ML presents challenges in clinical settings, unsupervised learning, which focuses on tasks such as cluster identification and anomaly detection, has emerged as a useful alternative. This review examines and discusses a variety of ML algorithms such as Support Vector Machines (SVM), Random Forests (RF), Decision Trees (DT), Neural Networks (NN), and Deep Learning for the analysis of complex clinical data.
With the increasing demand for wearable sensors that are capable of point-of-care testing, paper-based sensors have been extensively studied. Paper is not only extremely cost-effective but also lightweight and flexible, and it is easy to apply conductive materials such as carbon and hydrophobic substances like wax to its surface. Moreover, the capillary action caused by cellulose fibers in paper allows the flow of liquid without help from external forces, making paper a particularly promising platform for wearable electrochemical sensors. Accordingly, paper-based sensors for detecting various analytes through electrochemical methods have been actively developed. Recently, paper-based electrochemical sensors that utilize electrochemiluminescence (ECL) or electrochromic materials for the optical read-out have been reported. This review introduces the basic fabrication methods and various application strategies of paper-based electrochemical sensors.
Interest in healthcare and wearable devices has been increasing recently. A strain sensor is required in various wearable devices. With respect to such devices, studies on resistance changes in strain sensors using flexible materials are in progress. However, the resistance of the rest area in a strain sensor should not change according to the applied strain. So, an electrode with resistance to stretching, bending, and torsion is required in such strain sensors. Tension, bending, and torsion can be realized through structural shape control, rather than by using flexible materials. Further, such an electrode that maintains electrical properties has been developed and manufactured. This electrode can be used in various applications such as foldable devices, e-papers, batteries, and multifunctional wearable devices.
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