清華新聞網(wǎng)11月3日電 人機(jī)交互領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)人性化、沉浸式的人機(jī)界面（HMIs）提出了更高的要求。新型人機(jī)交互界面不僅需要簡(jiǎn)潔、高效的設(shè)計(jì)，更要求直觀(guān)的操作方式和符合人類(lèi)直覺(jué)的操作體驗(yàn)。在智能家居、輔助技術(shù)和智能安保等方面，直觀(guān)且多功能的人機(jī)交互方式顯得意義重大。手勢(shì)作為可傳達(dá)豐富意圖的肢體語(yǔ)言，在人機(jī)交互中頗受青睞，基于手套的人機(jī)交互界面也被相繼報(bào)道。而部分工作局限在提取手勢(shì)的有限信息，不僅不利于開(kāi)發(fā)多維人機(jī)交互，還會(huì)增加交互系統(tǒng)的復(fù)雜度，造成系統(tǒng)能耗和計(jì)算壓力的升高，并降低用戶(hù)的操作體驗(yàn)。另一方面，手勢(shì)中包含的多維特征亟待提取利用，以開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔且功能多樣的人機(jī)交互界面。
《納米能源》期刊封面
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院、清華-伯克利深圳學(xué)院付紅巖副教授團(tuán)隊(duì)和丁文伯助理教授團(tuán)隊(duì)合作，在新型人機(jī)交互界面研究中取得重要成果。該團(tuán)隊(duì)提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)彎曲角度敏感的摩擦納米發(fā)電機(jī)（BA-TENG），并設(shè)計(jì)了從柔性器件到實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信模塊、圖形界面的智能人機(jī)交互系統(tǒng)。該彎曲角傳感器能夠檢測(cè)手勢(shì)中的多維信息，包括手指彎曲角度、彎曲速度和彎曲時(shí)間等。該研究通過(guò)柔性傳感器和后端信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了手勢(shì)的多維信號(hào)提取，并用于實(shí)現(xiàn)多維度直觀(guān)和便捷的人機(jī)交互界面。
基于摩擦電傳感器的多維人機(jī)交互界面示意圖
彎曲角傳感器（BA-TENG）工作原理及性能
通過(guò)提取和分析以上多維信號(hào)特征，不同維度的人機(jī)交互得以實(shí)現(xiàn)，包括智能家居（如燈光控制）、機(jī)械手控制以及可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)識(shí)別的虛擬鍵盤(pán)（其識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)93.1%）。獨(dú)特的基于跨阻放大器的信號(hào)調(diào)理電路消除了多通道信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸中的大部分串?dāng)_及噪聲，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。該工作為開(kāi)發(fā)多維人機(jī)交互提供了新思路，在未來(lái)人機(jī)交互應(yīng)用中有巨大潛力。
基于摩擦電傳感器手套的虛擬鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)識(shí)別
相關(guān)內(nèi)容近期以《面向多維直觀(guān)人機(jī)界面的摩擦電彎曲角度傳感器》（Triboelectric Bending Sensor based Smart Glove towards IntuitiveMulti-Dimensional Human-Machine Interfaces）為題發(fā)表在在國(guó)際能源材料領(lǐng)域的權(quán)威期刊《納米能源》（Nano Energy），并在當(dāng)期接收的160篇文章中被遴選為封面。
清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院付紅巖副教授、丁文伯助理教授為本文共同通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院、清華-伯克利深圳學(xué)院2019級(jí)數(shù)據(jù)科學(xué)與信息技術(shù)方向碩士生羅陽(yáng)、王子涵為本文共同第一作者，論文其他作者還包括清華-伯克利深圳學(xué)院博士后王季宇、加州大學(xué)洛杉磯分校2020級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)博士生肖瀟，以及北京大學(xué)信息工程學(xué)院李倩副教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目、佛山-清華產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)、清華大學(xué)國(guó)強(qiáng)研究院研究基金的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106330
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：呂婷
