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近日，東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院青年教師吳俊課題組研發(fā)了一種水驅(qū)動(dòng)機(jī)械性能可調(diào)的全屬性凝膠電子皮膚，無(wú)限接近真實(shí)皮膚，可以實(shí)現(xiàn)多信息的集成耦合，其最新成果在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》在線發(fā)表。

單個(gè)器件可感知分析多重信息

“電子皮膚包括兩層含義，首先它要具備皮膚一樣的特征，形態(tài)柔軟、可拉伸等，同時(shí)也具備皮膚一樣的功能，能夠感知到溫度、壓力等?！眳强〗榻B，目前的電子皮膚研發(fā)面臨兩大挑戰(zhàn)，一是如何提升單個(gè)器件性能的穩(wěn)定性，二是如何將多種信息進(jìn)行集成耦合。通常這類工作僅覆蓋皮膚的兩種或三種屬性，距離實(shí)現(xiàn)皮膚般豐富的刺激感知感官和理化特性還有很大差距。如果實(shí)現(xiàn)對(duì)人類皮膚的多樣物理-化學(xué)和感官特性的高效重現(xiàn)，則將會(huì)成為人機(jī)界面復(fù)雜多功能仿生應(yīng)用的核心技術(shù)與下一代電子皮膚的革新型成果。

基于多材料異質(zhì)改性蠶絲蛋白體系，東大團(tuán)隊(duì)首次提出全皮膚理化（可修復(fù)、可降解、弱酸抑菌性、防火性）—電（壓力、溫度、濕度、應(yīng)變、接觸感知）復(fù)合功能屬性的電子皮膚，具備類皮膚的移植重構(gòu)能力?！拔覀兿胍趩蝹€(gè)器件里既感知溫度信息，又感知壓力信息，還能感知剪切力等信息，這么多感知到的信息所輸出的都是電信號(hào)，那么如何區(qū)分不同電信號(hào)對(duì)應(yīng)的是哪一類信息正是研發(fā)的難點(diǎn)所在?！眳强〗忉?，觸覺(jué)傳感器被中科院列為與光刻機(jī)、芯片并列的關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)之一。其中，可與生物神經(jīng)系統(tǒng)交互的觸覺(jué)電子皮膚對(duì)智能機(jī)器人義肢、人體增強(qiáng)、新型人機(jī)界面至關(guān)重要?；趫F(tuán)隊(duì)多年來(lái)在仿生多模軟觸覺(jué)傳感器上的研究，此次研發(fā)的新型皮膚可應(yīng)用于機(jī)器人皮膚以展示其在捕獲多種刺激信息、重構(gòu)配置所需功能方面的高度類皮膚屬性。同時(shí)，其類皮膚屬性具備優(yōu)異的皮膚兼容性，可用于可穿戴皮膚，輔助以深度學(xué)習(xí)后還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)手勢(shì)識(shí)別。

“多種信息在分別感知后還需要再次融合在一起，從而建立對(duì)皮膚接觸物體/環(huán)境的更精準(zhǔn)的認(rèn)知，如溫度信息相同，但區(qū)分接觸物的堅(jiān)硬度不同等?！眳强”硎荆瑢?duì)于人來(lái)說(shuō)，在處于一個(gè)陌生環(huán)境里時(shí)，我們可以借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多感官進(jìn)行認(rèn)知，而現(xiàn)有機(jī)器人往往更多的是依賴視覺(jué)，僅利用攝像頭來(lái)建立對(duì)周圍環(huán)境的認(rèn)知，離重建機(jī)器人全感知仿生域仍有很大差距。因此，在非結(jié)構(gòu)環(huán)境（即陌生環(huán)境）之下，我們需要借助這種新型電子皮膚賦予機(jī)器人多維感知能力。

人機(jī)信息智能界面 讓交互無(wú)限可能

隱形眼鏡實(shí)時(shí)測(cè)眼壓、頭戴式發(fā)箍引導(dǎo)盲人辨方向……除了無(wú)限接近于真實(shí)皮膚的新型電子皮膚，在東南大學(xué)顯示技術(shù)研究中心，還有不少軟觸覺(jué)傳感器的創(chuàng)新應(yīng)用。

“我們將銀與單壁碳納米管材料相結(jié)合，在隱形眼鏡中植入軟線圈。當(dāng)使用者將這種隱形眼鏡戴上后，線圈便會(huì)隨著角膜的形變一并發(fā)生形變，進(jìn)而測(cè)量眼內(nèi)壓的數(shù)值。”團(tuán)隊(duì)成員張弛說(shuō)，這種可測(cè)量眼內(nèi)壓的新型隱形眼鏡解決了臨床上青光眼病變眼壓異常波動(dòng)不易捕捉的難題。使用人只需要正常佩戴這款隱形眼鏡，便可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼壓，同時(shí)隱形眼鏡收集到的數(shù)據(jù)也會(huì)通過(guò)藍(lán)牙等通信方式傳輸?shù)较鄳?yīng)手機(jī)上，以便于分析和記錄。

除此之外，近眼健康監(jiān)測(cè)界面在未來(lái)或許可以帶來(lái)全新的智能生活體驗(yàn)?！拔覀兛梢栽陔[形眼鏡視網(wǎng)膜中心點(diǎn)的地方置入一個(gè)微型的顯示像源。當(dāng)它緊貼角膜時(shí)，我們無(wú)需聚焦，顯示像源上的畫面就可以自然而然地投影到視網(wǎng)膜上。”吳俊舉例說(shuō)，即使是閉著眼睛，我們也可以看電影；而當(dāng)我們睜開(kāi)眼睛時(shí)，視網(wǎng)膜上的畫面還可以與周圍環(huán)境畫面進(jìn)行疊加，類似于AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）的效果。

“實(shí)際上，電子皮膚和隱形眼鏡都屬于人機(jī)信息智能界面的分支，人機(jī)信息智能界面的作用在于獲取人體/機(jī)器人的信息，獲取環(huán)境的信息。人機(jī)信息智能界面不僅可以精準(zhǔn)表達(dá)‘我’的意圖，同時(shí)還可以讓‘我’精準(zhǔn)感知到別人的意圖。近年來(lái)大熱的元宇宙，常常被人詬病只能單向的‘生活’在虛擬世界里，而借助各式各樣的人機(jī)交互界面，則可以實(shí)現(xiàn)雙向交互?！眳强∫越换ナ痔诪槔忉專藗兺ㄟ^(guò)穿戴交互手套、做出特定的手勢(shì)，向智能終端（如機(jī)器人、元宇宙環(huán)境里的某一虛擬人物等）發(fā)出指令，智能終端也會(huì)利用手套內(nèi)置的傳感器、制動(dòng)器等，返回給使用者一定的反饋信號(hào)，此時(shí)交互手套就是一個(gè)幫助人與智能終端溝通交互的界面。吳俊展望道，在未來(lái)，觸覺(jué)傳感器上的進(jìn)一步的研發(fā)將可以精準(zhǔn)、靈敏的模擬人手觸覺(jué)反饋，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬世界的“觸覺(jué)交互”。這也就意味著，透過(guò)手套，我們不僅能感受到虛擬世界中“握手”等簡(jiǎn)單動(dòng)作，還將可以感受到風(fēng)的吹拂、水的柔軟、鋼鐵的堅(jiān)硬、木頭的粗糙等復(fù)雜的材質(zhì)信號(hào)，打開(kāi)虛擬現(xiàn)實(shí)深度融合的未來(lái)。

這種具身性的交互未來(lái)或許還可以上升到情感層面，通過(guò)視、觸、嗅等多種感官的人機(jī)交互界面的多模信號(hào)融合，在虛擬世界可以與離去的親人、異地的戀人進(jìn)行沉浸式互動(dòng)，也可以為心理治療領(lǐng)域智慧賦能。

以科學(xué)名世 以人才報(bào)國(guó)，東南大學(xué)始終堅(jiān)持“四個(gè)面向”為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)不懈奮斗，東大青年必將牢記科創(chuàng)報(bào)國(guó)使命，為中國(guó)式現(xiàn)代化建設(shè)作出貢獻(xiàn)！