Kulstofbaserede sensorer er klar til at lette et problemfrit menneske-maskine-interface

Interaktion mellem maskiner og mennesker er altafgørende for udviklingen af ​​de nye teknologier i metaversen, som er designet til at øge den menneskelige oplevelse gennem cloud computing og udvidet virkelighed (XR). Grafen, et todimensionelt kulstofmateriale, er dukket op som en ideel kandidat til bærbar sensorteknologi, hvilket baner vejen for en ny æra med sømløs menneske-maskine interaktion (HMI).

Et team af materialeforskere ledet af Tian-Ling Ren fra Tsinghua University i Beijing, Kina, skitserede for nylig tilstanden af ​​grafen-baseret HMI-sensorteknologi for at fremme forskningen på området. Avancerede sensorteknologier, der er fleksible, lette og kan bæres kontinuerligt, er ideelle til HMI og har potentielle anvendelser i både den fordybende virtuelle verden af ​​metaverse og bærbare sundhedsteknologier.

Nuværende forskning er rettet mod at skabe sensorer, der er i stand til at forbinde næsten alle dele af kroppen, der kan måles, inklusive hjernen, øjnene og munden. Disse målinger kan derefter bruges til at karakterisere kropslig information af en grænseflademaskine.

Holdet offentliggjorde deres anmeldelse i Carbon Future .

"I denne anmeldelse præsenterer vi et overblik over nogle af vores forskerholds bestræbelser på at skabe grafenbaserede sensorer til menneske-maskine-grænseflader. Disse sensorer, der er designet til brug på forskellige dele af den menneskelige krop, introduceres med fokus på deres mål. signaler, design, fremstillingsproces og ydelsesfunktioner Derudover dykker vi ned i potentielle fremtidige udviklinger for grafenbaserede sensorer, herunder multimodalitet, forbedret komfort og intelligens," sagde Tian-Ling Ren, seniorforfatter af reviewpapiret, professor. i School of Integrated Circuit og vicedekan for School of Information Science and Technology ved Tsinghua University.

Dr. Ren er også Yangtze River Scholar professor i det kinesiske undervisningsministerium og vicedirektør for Center for Environmental and Health Sensing Technology ved Tsinghua University.

Grafen er opbygget af et enkelt lag af kulstofatomer arrangeret som et sekskantet gitter. De unikke egenskaber ved grafen, herunder imponerende ledningsevne, lav kemisk reaktivitet, fleksibilitet og lav vægt, gør materialet til en ideel kandidat til udvikling af sensorer til menneske-maskine interface.

Forskerholdet skitserer de fremskridt, der er gjort i grafen-baserede sensorer designet til at måle en række forskellige signaler fra kroppen. "Mange dele af den menneskelige krop, fra top til tå, har potentialet til at blive udviklet til menneske-maskine grænseflader. Hjerne, øjne, ører, næse, mund, hals, fingerspidser, hud, led og fødder kan alle bruges som HMI-grænseflader baseret på elektroencefalogram (EEG), elektromyografi (EMG), elektrookulogram (EOG), øjenbevægelser, lys, vejrtrækning, stemme, berøring, temperatur, bevægelse, gang og anden fysiologisk information," sagde Tian-Ling Ren.

Mennesker kan også drage fordel af output genereret af maskiner, og udvikling af multimodale sensorer, der kan veksle mellem signalmåling, såsom lydopfattelse, og signaloutput, såsom lydgenerering, vil være særlig nyttig for HMI'er. Rens team demonstrerede grafenlydproduktion i en tidligere undersøgelse.

Tian-Ling Ren sagde:"Ved hjælp af maskinlæring kan denne grænseflade opnå talegenkendelse, følelsesanalyse, indholdsbehandling og mere, hvilket gør den ideel til intelligent robotkommunikation."

En af udfordringerne ved grafen-baseret sensorudvikling er at opnå et måleområde, der er stort nok til at detektere meget dynamiske sanser, såsom følesansen. For at løse dette problem er grafentryksensorer med et bredt følsomhedsområde blevet udviklet ved hjælp af løst stablede laser-scribed graphene (LSG) film, der øges i tæthed med stigende tryk. Den øgede filmtæthed forårsager igen en ændring i målt modstand med et område, der er stort nok til at opnå høj følsomhed.

Forskerholdet forventer, at gennemgangen vil anspore udviklingen af ​​nye grafen-baserede sensorer designet til at lette mere naturlige HMI'er og forbedre real-time dataindsamling og respons i sundhedsvæsenet. "Graphene-baserede sensorer til HMI forventes at blive mere mangfoldige og praktiske i de kommende år. I den samme del af kroppen kan mennesket og maskinen interagere med forskellige signaler... på mange forskellige måder," sagde Tian-Ling Ren.

Flere oplysninger: Tianrui Cui et al., Grafen-baserede sensorer til menneske-maskine-interaktion, Carbon Future (2023). DOI:10.26599/CF.2023.9200005

Leveret af Tsinghua University Press