近日，电子科学与技术学院陈忠教授/廖新勤副教授团队在多功能仿生人机触觉界面研究取得重要进展，相关成果以“Conformal Human–Machine Integration Using Highly Bending-Insensitive, Unpixelated, and Waterproof Epidermal Electronics Toward Metaverse”为题发表于国际期刊《Nano-Micro Letters》上，DOI: 10.1007/s40820-023-01176-5。
交互式电子设备（IE设备）可以通过直观的界面和实时的闭环反馈来使用户获得高的人机交互体验。在元宇宙中，人们仍然可以使用IE设备通过手指和眼睛与虚拟世界进行交互，从而使虚拟角色的生活变得更加真实。元宇宙重建了一个全新的人机关系场景，能够根据需求随时提供身临其境的互动体验，例如在潮湿的丛林中进行探险或者在波涛汹涌的海面上冲浪。为了应对潮湿环境，IE设备通常需要严密封装以获得防水性能。然而，这种方式通常会使IE设备变得坚硬和厚重。由于人体组织表面固有的柔软性，厚重的IE设备与人体组织表面之间可能较大不匹配。因此，在实现平滑而相对舒适的触摸交互方面，IE设备需要具有柔性，能够良好地贴合皮肤表面。但目前仍存在问题：（1）由于IE设备佩戴后会出现形变，因此其可能出现传感单元无法正常工作或元件间电极连接断开；（2）IE设备需要高的柔韧性来保证其在佩戴后能与皮肤保持一致形状；（3）交互信息需要准确、稳定地转换为计算机可识别的信号，这是获得高质量人机体验的基本要素。解决这些问题，对于促进虚拟现实、元宇宙发展至关重要。
△生物触觉感知系统和人工触摸感知系统
研究团队提出并展示了一种高度弯曲不敏感的、无像素化的防水触觉界面，可以实现共形的、灵活可穿戴的准确人机交互。该触觉界面模仿生物触觉感受系统中机械感受器的结构和功能，将触摸信息转换为机械敏感信号，以此进行意识识别和功能分化。通过引入可寻址的电接触微结构，在无需大规模集成传感像素的情况下，该触觉界面就可以精确地识别触摸位置。采用层次化设计组装，触觉界面以甲基纤维素和碳纳米管混合物作为信号转换、识别、传输的内部功能材料，以超薄高分子膜作为外部衬底。这种设计的触觉界面具备防水性能和整体柔软性。在人手上进行共形整合验证时，触觉界面展示出弯曲不敏感特性，允许自由地进行击打虚拟现实中的编钟等操作。此外，无像素化结构设计策略有助于实现高精度触摸感知能力，支持任意编程功能指令。该设计结构具有可扩展性与通用性，所提出的触觉界面可以针对元宇宙中多样交互控制需求进行不同形状的设计组装。总之，该触觉界面创新地模拟并实现了复杂生物触摸感知系统，呈现出高度弯曲不敏感特征，可以自由地佩戴，促进了共形集成式人机交互电子发展。
△触觉界面部分应用展示
迪拜皇宫_(中国)为该文章的第一署名单位，该项研究工作是在陈忠教授与廖新勤副教授共同指导下完成，新加坡南洋理工大学郑元谨教授（卓越集成电路设计中心主任）和北京科技大学廖庆亮教授（长江学者特聘教授、院长）提供重要支持帮助，博士生韦超为第一作者，林万胜、曹智诚、黄梓健等学生参与了该项目研究。研究工作得到了国家自然科学基金项目、福厦泉国家自主创新示范区合作项目、福建省自然科学基金、中央高校基本科研业务费和新金属材料国家重点实验室开放课题等资助。
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（电子科学与技术学院）
