小型、舒適的石墨烯傳感器可以通過測量腦電波的腦電圖（EEG）和測量眼球運(yùn)動(dòng)的眼電圖（EOC）等來獲得各種身體信號，包括呼吸、發(fā)聲、溫度和手勢。

機(jī)器與人類之間的交互對于元宇宙（metaverse）新技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，這些技術(shù)旨在通過云計(jì)算和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）增強(qiáng)人類的體驗(yàn)。石墨烯（Graphene）是一種二維碳材料，已成為可穿戴傳感器技術(shù)的理想選擇，為無縫的人機(jī)交互（HMI）新時(shí)代鋪平了道路。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，由清華大學(xué)任天令教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)最近概述了基于石墨烯的人機(jī)交互傳感器技術(shù)現(xiàn)狀，以推進(jìn)該領(lǐng)域的研究工作。靈活、輕便且可持續(xù)佩戴的先進(jìn)傳感器技術(shù)是人機(jī)交互的重要基礎(chǔ)，在元宇宙的沉浸式虛擬世界和可穿戴醫(yī)療保健技術(shù)中都有潛在的應(yīng)用。

目前的研究工作希望創(chuàng)建能夠各種傳感器，以連接每種可測量的身體部位信號，包括大腦、眼睛和嘴巴等。然后，這些測量信號可用于通過接口機(jī)器來表征身體狀態(tài)信息。

任天令教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在Carbon Future期刊上發(fā)表了題為“Graphene-based sensors for human-machine interaction”的綜述文章。

任天令教授說道：“這篇綜述文章概述了我們的科研團(tuán)隊(duì)為人機(jī)交互界面創(chuàng)建石墨烯傳感器的一些努力。這些傳感器被設(shè)計(jì)用于人體各種部位的信號測量。本文重點(diǎn)介紹了石墨烯傳感器的目標(biāo)信號、設(shè)計(jì)、制造工藝和性能特點(diǎn)。此外，我們還深入研究了石墨烯傳感器未來的潛在發(fā)展，包括多模態(tài)、提高舒適度和智能化。”

任天令是清華大學(xué)集成電路學(xué)院教授、信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長，還是教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者，清華大學(xué)環(huán)境與健康傳感技術(shù)研究中心副主任。

石墨烯是一種僅由單層碳原子組成的材料，這些碳原子以六邊形晶格的形式排列。石墨烯的獨(dú)特性能，包括令人印象深刻的導(dǎo)電性、低化學(xué)反應(yīng)性、靈活性和重量輕，使該材料成為人機(jī)交互界面傳感器開發(fā)的理想選擇。

任天令教授繼續(xù)說：“該綜述論文概述了用于測量身體信號的石墨烯傳感器研究進(jìn)展。人體從頭到腳的很多部位都有潛力發(fā)展成人機(jī)界面。大腦、眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、喉嚨、指尖、皮膚、關(guān)節(jié)、腳都可以作為基于腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）、眼電圖（EOG）、眼動(dòng)、光線、呼吸、聲音、觸摸、溫度、運(yùn)動(dòng)、步態(tài)和其它生理信息的人機(jī)交互界面。”

人類還可以從機(jī)器生成的輸出中受益，并且可以在信號測量（例如聲音感知）和信號輸出（例如聲音生成）之間交替的多模式傳感器的開發(fā)對于人機(jī)交互界面特別有用。任天令教授的團(tuán)隊(duì)在之前的一項(xiàng)研究中展示了基于石墨烯的聲音產(chǎn)生技術(shù)。

任天令教授還表示：“借助機(jī)器學(xué)習(xí)，人機(jī)交互界面可以實(shí)現(xiàn)語音識別、情感分析、內(nèi)容處理等，非常適合于智能機(jī)器人。”

基于石墨烯的傳感器開發(fā)的挑戰(zhàn)之一是實(shí)現(xiàn)足夠大的測量范圍以檢測寬動(dòng)態(tài)的感覺，例如觸覺。為此，科研人員使用松散堆疊的激光刻劃石墨烯（LSG）薄膜開發(fā)了具有寬靈敏度范圍的石墨烯壓力傳感器。該LSG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(huì)引起測量電阻的變化，其測量范圍足夠大以實(shí)現(xiàn)高靈敏度。

任天令教授表示：“該綜述論文將刺激新型石墨烯傳感器的開發(fā)工作，從而促進(jìn)更自然的人機(jī)交互界面并改善醫(yī)療保健中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和響應(yīng)。用于人機(jī)交互界面的石墨烯傳感器預(yù)計(jì)在未來幾年將變得更加多樣化和實(shí)用化。在身體的同一部位，人類和機(jī)器能夠以多種不同的方式與不同的信號進(jìn)行交互。”

審核編輯：彭菁