近日，韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)王偉教授團(tuán)隊(duì)在人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破，提出了一種自供電、原材料基、具有最小化信號(hào)通道數(shù)的傳感器陣列設(shè)計(jì)方法。這一研究為傳感器在低成本、高效人機(jī)交互中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的思路。相關(guān)工作以“Self-Powered, Raw Material-Based Sensor Arrays with Minimized Signal Channels for Human-Machine Interaction”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》，該實(shí)驗(yàn)室博士研究生阿世偉和博士后研究員王森為論文的共同一作。

技術(shù)亮點(diǎn)：自供能與信號(hào)通道優(yōu)化的完美結(jié)合

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)自然界的接觸起電與靜電感應(yīng)現(xiàn)象，成功開(kāi)發(fā)出無(wú)需外部電源的自供電柔性傳感器陣列（圖1）。與傳統(tǒng)傳感器相比，該設(shè)計(jì)大幅減少了信號(hào)通道數(shù)量，不僅降低了制造成本，還簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度。得益于傳感器陣列工作原理的普遍性，該方法還為未來(lái)環(huán)保型電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了方向。此外，該方法還展示了高度的材料適配性，能夠利用低成本的原材料實(shí)現(xiàn)高靈敏度和多功能應(yīng)用，使其在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中具有廣泛潛力。

圖1.傳感器的工作原理和陣列的設(shè)計(jì)方法

“它能做什么？”——傳感器的多場(chǎng)景展示

1. 精準(zhǔn)操控：手指的“指揮棒”

在人機(jī)交互操縱桿中，傳感器陣列可精準(zhǔn)捕捉操作指令，提升交互體驗(yàn)，同時(shí)將信號(hào)通道數(shù)優(yōu)化至原來(lái)的一半。

圖2. 雙信號(hào)多通道傳感器應(yīng)用于操縱桿。

2. 電子皮膚：更廣泛的觸覺(jué)感知

傳感器變身電子皮膚，在控制計(jì)算器、撥打電話(huà)和模擬畫(huà)板功能中展現(xiàn)出強(qiáng)大的觸覺(jué)感知能力。

圖3. 基于傳感單元陣列的雙面柔性電子皮膚

3. 多功能控制器：游戲與工業(yè)的新選擇

僅使用單個(gè)響應(yīng)信號(hào)通道，即可實(shí)現(xiàn)控制俄羅斯方塊游戲和機(jī)械臂操作的功能，從娛樂(lè)到工業(yè)應(yīng)用潛力巨大。

圖4. 多功能控制器在游戲與機(jī)械臂中的應(yīng)用

4. 樹(shù)葉基鋼琴按鍵：自然與科技的融合

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用普通樹(shù)葉制作電子鋼琴按鍵系統(tǒng)，無(wú)需任何特殊處理，僅通過(guò)單個(gè)響應(yīng)信號(hào)通道即可精準(zhǔn)識(shí)別并彈奏出不同音符，充分展現(xiàn)了信號(hào)處理的簡(jiǎn)潔性與高效性。這樣的自然材料與科技的結(jié)合，帶來(lái)了全新的音樂(lè)表達(dá)方式。

圖5.樹(shù)葉基電子鋼琴按鍵

未來(lái)展望：人機(jī)交互設(shè)計(jì)的新方向

王偉教授團(tuán)隊(duì)的研究為人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的思路，其創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念為智能穿戴設(shè)備、機(jī)器人控制等領(lǐng)域提供了新的可能性。這項(xiàng)研究的成果不僅推動(dòng)了柔性電子技術(shù)的發(fā)展，也為低成本、可持續(xù)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了新思路。

團(tuán)隊(duì)介紹

韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)軟體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，由王偉教授領(lǐng)銜，專(zhuān)注于柔性傳感器、軟體機(jī)器人及智能材料領(lǐng)域的前沿研究。團(tuán)隊(duì)致力于探索創(chuàng)新解決方案，為學(xué)術(shù)與工業(yè)應(yīng)用提供更多可能。實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期招募優(yōu)秀碩士、博士研究生，歡迎對(duì)軟體機(jī)器人、柔性電子與傳感器技術(shù)感興趣的學(xué)者加入我們。

課題組鏈接：
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審核編輯 黃宇