現代社會中，人機交互技術（Human-Computer Interaction Techniques，HCI）已經成為日常活動中的重要組成部分。例如日常生活中的Siri、小愛同學，乃至具備專業性功能的觸控機械臂、手術機器人等等，人與機器之間不同形式的應用交互正在為人們的工作和生活帶來翻天覆地的變化。

日前，中國科學院深圳先進技術研究院神經工程研究中心研究員、中國科學院深圳先進技術研究院-阿聯酋大學（SIAT-UAEU）智能感知與能量聯合實驗室負責人邰艷龍博士，就“柔性傳感接口及人機交互應用”開展分享與討論，介紹了他在人機交互領域和柔性電子設備領域中的研究歷程和經驗。

邰艷龍同時擔任中科院深理工（籌）雙聘教授、深圳市微波產業協會電子材料專家等，其先后在美國、德國、沙特等從事柔性電子領域研究10余年，于Science Advances、Matter、Advanced Materials等國際期刊發表論文40余篇，并申請中國、美國和PCT國際專利15項。

談及相關智能設備的未來發展，邰艷龍表示，人機交互技術正在朝著“自然、精準、安全”的方向不斷發展，想要實現這一目的，使用更加輕薄、高效的柔性傳感接口硬件將有助于實現實時、快速的信息獲取以及解碼、應用，從而成為下一代人機交互技術的強大助力。

下一代人機交互的基礎：面向類腦及超腦智能的柔性傳感接口

隨著人機交互技術的不斷前行，特別是混合現實、元宇宙等新技術場景需求的不斷涌現，傳統用于信息獲取感知單元的剛性接口硬件已經難以滿足需求。與之相比，柔性傳感接口在實現高效信息傳導功能的同時兼具“ 輕、薄、柔”的外觀形態，從而在曲率、模量、形變、以及粘附力等各個方面展現出應用優勢，助推從電影《阿凡達》人機隨動到《阿麗塔》超腦智能交互技術的跨越。

舉例來說，如果想要通過人機接口技術幫助癱瘓患者喝到咖啡，該過程中包括利用接口硬件實現神經信息的采集、神經信號的解碼以及進一步實現外部機械的控制。“實現下一代人機交互的關鍵即在于精準、穩定和長效信息的獲取，”邰艷龍對此解釋道，“人機接口的技術核心點在于高效性，想要實現這一目標，必須使接口材料與人體組織之間更加緊密地融合，以便快速交換神經信息、運動信息和環境信息等等，而日益成熟的柔性電子技術正在將這一愿景帶到現實。”

▲圖丨超越人類智能的人機交互技術示意圖

柔性電子（Flexible Electronics）是一種將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性基板上的新興電子技術。邰艷龍自2007年起即在復旦大學開始了針對于柔性電子領域的研究，其研究內容不僅在于新型材料，還包括人機系統的邏輯器件和智能系統的探索，以便為人機共融硬件技術的發展提供新思路。

顯而易見的是，早期用于人體接口的傳統剛性器件十分堅硬，而人體組織十分柔軟。前者的模量遠高于后者，這一巨量差異往往導致人體的軟組織等受到巨大創傷。而柔性電子具有更大的靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環境，滿足設備的形變要求。

模量是指材料在受力狀態下應力與應變之比。該比值越大，使材料發生變形的應力也就越大，即厚度一致材料的剛度越大。

柔性電子領域涵蓋了有機電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等多個方向，其中又包括柔性顯示、化學與生物傳感器、柔性邏輯與存儲、柔性電池、可穿戴設備等多種應用以適應不同需要。

當前的柔性接口技術廣泛利用了凝膠材料、超薄透明納米材料、壓電聚合物柔性基底等，從而實現與人體組織的良好匹配性以及對于人體信息的高速獲取。

推動產業化研究進程，助力多種應用領域發展

本次演講中，邰艷龍不僅就柔性傳感技術的幾個重點發展方向做出介紹，其還針對于相關產業及應用進行了總結。

據其介紹，以電子墨水為代表的柔性、印刷電子制造產業已在近年來展現出巨大前景，其未來的市場規模或將高達4000億美元。與傳統印刷墨水不同的是，電子墨水能夠實現半導體、環境感應、電子標簽、表面保護涂層等各種不同功能。

在該領域，印刷增材工藝對于墨水的性能和對基底的表面特性提出了極高的要求，這就激發了科研界對于成本更低、更加環保、簡單并且適用于大規模制備的工藝展開探索。經過多年積累，邰艷龍陸續發表了納米銀、有機銀、石墨烯、碳納米管等不同材料電子墨水的簡便、穩定的制備方案。

▲圖丨固體銀納米顆粒制備示意圖（來源：ACS Applied Materials & Interfaces，被雜志Advances in Engineering遴選為Key Scientific Article）

基于上述電子墨水及印刷工藝制造的柔性貼片設備已在物流、醫療領域中發揮作用，在此之后，智能時代提出了新的技術需求，柔性運動傳感技術和柔性致動傳感技術應運而生，以適應智能傳感、智能機器人、智能汽車、物聯網、等方面的發展需要。

在該類研究方向中，邰艷龍提出的PVDF自剝離技術，可通過調節各層之間的粘結力、溫度、濕度，從而實現高效完整的剝離電子器件，該技術被應用于無線濕度感知系統以及超薄的柔性存儲器件。

最后，其針對新功能、新形態的柔性交互器件作出了簡單介紹，包括以植入式黏膜支架為載體的生物信息獲取及刺激，實現腦機對話來診斷人體生理及病理診斷，提出一種新型發電材料實現人體汗液能量捕捉、存儲、及供能技術該類柔性能源器件可以集成到柔性、可穿戴和便攜平臺中，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣闊的應用前景。

“柔性人機接口技術作為人機融合的底層硬件，長期以來一直是我國相關行業與產業的發展痛點，因此，早日攻克其生產與制造的‘卡脖子技術’是相關研究人員的重要使命。”邰艷龍對此表示。

縱觀全球產業市場，據英國市場調研公司IDTechEx的報告預測，智能柔性傳感接口市場有望在2027年達到889億美元。然而截至2018年，全球傳感器市場的主要參與者來自于美國、德國、日本等少數先進企業，且各國均設置了相關政策來限制關鍵技術的出口。與之相比，中國僅能夠以低端產品進入全球傳感器接口市場，并占據其中10%的市場份額。

為此，我國科技部從2017年開始積極開展布局，包括人工智能發展領域、智能傳感器等重點專項，并在十三五規劃中將柔性電子確定為基礎材料和產業升級的優先戰略性領域，同時在973計劃和863計劃中也建立了重點研發項目。

“總體而言，柔性傳感接口技術在電子消費、醫療和軍事方面均起到關鍵、積極的推動作用，”邰艷龍表示，“通過柔性人機接口有望實現人與機器的自然、精準、安全的交互，能夠真正的實現人機融合。其不可避免地成為未來的重點發展方向。”