[00289316]基于摩擦纳米发电技术的自驱动感官控制人机交互系统

成果简介： 感官控制的人机交互(human-machine interface, HMI)可以在人和外界 设备之间建立新的自然交流途径，有利于提高人们的生活品质，例如，有意识 地眨一下眼睛，即可开/关电灯。传统的采用眼为微弱的体表生物电信号，却 忽略了眨眼引起的太阳穴附近皮肤的微小运动。本项目采用摩擦纳米发电技术 (triboelectric nanogenerator, TENG ),设计一种微运动 / 位移传感器 (mechnosensationalENG, msTENG),对于该微小运动的探测有极高的灵敏度 (数百倍于同步眼电信号)，并且相对于传统的眼电探测电极具有更好的耐久 性和稳定性。通过与眼部巧妙的附着方式，获取高灵敏度和持久稳定的眨眼 信号采集，并将此眼部微动传感器用于人机交互，构建了眼动控制家用电器 和眼动虚拟打字界面等人机交互系统。这一研究的开展，给感官控制人机交 互领域注入了新的设计理念，使得通过眨眼来控制外部设备有希望从实验室走 向我们的日常生活。 关键技术： (1)基于摩擦纳米发电技术的眼部微动传感器设计(包括工作模式的选择, 摩擦材料、电极材料的选择及加工等)以及器件制作工艺水平，都将直接影响 传感器的灵敏度、稳定性、美观舒适性，这在整个系统中是最为关键的技术。 (2)眼部微动传感器在眼部周围附着方式的设计，需要保证器件的灵敏度、 信号的稳定性和操作的方便性，并考虑使用上的舒适美观。这是这项技术能否进 入人们实际生产生活的重要因素之一。 (3)基于眼部微动传感器的人机交互界面的开发，要求功能适用、界面友 好、操作简易、性能稳定，便于正常人群和闭锁综合征LLock-in，)患者等特 殊人群的使用，这是这项技术具有重要应用前景的关键技术之一。 创新点： (1)首次将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动高灵敏传感器作为替 代传统生物电传感器应用于感官控制的人机交互系统，为人工智能领域注入了 新的传感器设计理念。 (2)将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动眼部微动传感器巧妙地固 定在眼镜架上，并做到位置可微调，对比传统的眼电传感器将多电极贴在眼部 附近，不仅美观舒适、成本低廉和操作简单，而且采集的信号灵敏度高，信号 输出稳定可靠。 (3)摩擦电和静电感应耦合的传感技术，采用的单电极信号采集，直 接采集微运动引起的电信号，从信号采集源头上突破了传统的生物电信号采集 弊端(采集多电极间势差变化信号)，可提高传感器的灵敏度数百倍。因此，避 免了传统眼电系统中精准识别算法的开发和严格操作技术的培训等。 市场及经济效益分析： 基于摩擦纳米发电技术的微动传感器制作成本低廉，因其高灵敏度和 可靠性带来的后端设备简化，以及其操作的简易性和侃戴的美观舒适性，都 将促成该项研究成果走出实验室服务于广大群众，特别是渴望与外界因此具有 非常大的市场价值。恢复交流的特殊疾病患者们，而这一群体在中国高达20 万人并有逐年上升的趋势。