碳基感測器有望促進無縫人機介面

機器與人類之間的互動對於元宇宙新技術的發展至關重要，這些新技術旨在透過雲端運算和擴展現實（XR）增強人類體驗。 石墨烯是一種二維碳材料，已成為穿戴式感測器技術的理想候選者，為無縫人機互動（HMI）的新時代鋪平了道路。

中國北京清華大學任天令領導的材料科學家團隊最近概述了基於石墨烯的 HMI 感測器技術的現狀，以推進該領域的研究。 靈活、輕巧且可連續佩戴的先進感測器技術是 HMI 的理想選擇，在虛擬世界的沉浸式虛擬世界和穿戴式醫療保健技術中都有潛在的應用。

目前的研究旨在創建能夠連接幾乎所有可測量的身體部位的感測器，包括大腦、眼睛和嘴巴。 然後，這些測量結果可用於透過介面機器來表徵身體資訊。

該團隊發表了他們的評論碳未來。

「在這篇評論中，我們概述了我們的研究團隊為人機介面創建基於石墨烯的感測器的一些努力。這些感測器設計用於人體的各個部位，重點介紹了它們的目標此外，我們還深入研究了基於石墨烯的傳感器的未來潛在發展，包括多模態、改進的舒適度和智能。

任博士也是中國教育部長江學者特聘教授、清華大學環境與健康感測技術中心副主任。

石墨烯由排列成六方晶格的單層碳原子組成。 石墨烯的獨特性能，包括令人印象深刻的導電性、低化學反應性、靈活性和重量輕，使該材料成為人機介面感測器開發的理想選擇。

研究小組概述了基於石墨烯的感測器所取得的進展，該感測器旨在測量來自身體的各種不同訊號。 「人體從頭到腳的許多部位都有潛力發展成人機介面。大腦、眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、喉嚨、指尖、皮膚、關節、腳都可以作為人機介面。」基於腦電圖（EEG ）、肌電圖（EMG）、眼電圖（EOG）、眼動、光、呼吸、聲音、觸摸、溫度、運動、步態和其他生理訊息的HMI介面，」任天靈說。

人類還可以從機器生成的輸出中受益，並且可以在訊號測量（例如聲音感知）和訊號輸出（例如聲音生成）之間交替的多模式感測器的開發對於 HMI 特別有用。 任正非團隊示範石墨烯發聲在之前的研究中。

任天令表示：「借助機器學習，這個介面可以實現、情感分析、內容處理等等，使其成為智慧機器人通訊的理想選擇。

基於石墨烯的感測器開發的挑戰之一是實現足夠大的測量範圍以檢測非常動態的感覺，例如觸覺。 為了解決這個問題，人們使用鬆散堆疊的雷射刻劃石墨烯（LSG）薄膜開發了具有寬靈敏度範圍的石墨烯壓力感測器，該薄膜的密度隨著壓力的增加而增加。 增加的薄膜密度反過來會引起測量電阻的變化，其範圍足夠大以實現高靈敏度。

研究團隊預計此次審查將刺激新產品的開發基於感測器的感測器旨在促進更自然的 HMI 並改善醫療保健中的即時數據收集和回應。 「用於 HMI 的石墨烯感測器預計在未來幾年將變得更加多樣化和實用。在身體的同一部位，人類和機器可以以多種不同的方式與不同的信號進行交互，」任天嶺說。

清華大學出版社提供