新型紗線基柔性人機(jī)交互界面構(gòu)建成功

集成可穿戴電子設(shè)備的智能人機(jī)界面對(duì)于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。最近，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)劉旭慶博士團(tuán)隊(duì)利用無(wú)線通訊技術(shù)來(lái)串聯(lián)輕便的可穿戴手套和機(jī)械手臂，成功地實(shí)現(xiàn)了柔性人機(jī)界面的突破。該項(xiàng)工作創(chuàng)造性的引入了姜黃素分子附著在彈性紗線的外包圍尼龍層上，形成具有高活性的催化分子，為隨后無(wú)電沉積的金屬顆粒提供了良好的平臺(tái)。由于彈性紗線的內(nèi)芯未覆蓋金屬涂層，用這種方法所得的導(dǎo)電紗線同時(shí)具有高電導(dǎo)率（0.2Ω/cm）和超輕的（1.5mg/cm）的特性，是一種理想的可拉伸傳感器材料。

通過對(duì)單根紗線的力學(xué)性能和電學(xué)性能測(cè)試，研究人員發(fā)現(xiàn)了各向同性沉積的結(jié)構(gòu)紗線可以承受較高的單軸伸長(zhǎng)率（>> 1100%），并且在50%應(yīng)變下經(jīng)過5000次連續(xù)拉伸-釋放循環(huán)后仍保持低電阻率。除了螺旋加載結(jié)構(gòu)帶來(lái)的高靈活性外，還可以在外力作用下使用金屬涂層導(dǎo)電層來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的應(yīng)變傳感功能。更重要的是在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究人員發(fā)現(xiàn)了應(yīng)變感應(yīng)響應(yīng)的大小取決于結(jié)構(gòu)變量，并且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好吻合，展示了界面增強(qiáng)紗線可以作為可穿戴人機(jī)界面的潛力。

基于以上討論導(dǎo)電彈性纖維的出色電學(xué)和力學(xué)的應(yīng)變基礎(chǔ)上，研究人員利用ECOFLEX（共聚酯）將所制得的導(dǎo)電纖維傳感器材料黏附在棉手套的內(nèi)側(cè)并利用電路控制系進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射和機(jī)械手臂信號(hào)的收集來(lái)完成人機(jī)界面的功能。單根內(nèi)置傳感器的重量為0.1 克，整個(gè)智能手套的重量?jī)H為8.5 克?；诩喚€的傳感器感知到人的手指的彎曲/松開運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于附著/拉伸的紗線被拉伸/釋放，因此產(chǎn)生了定量脈沖。在接收電路中，所有5個(gè)數(shù)字電阻值均由無(wú)線通信模塊接收，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5個(gè)數(shù)字伺服角度信號(hào)。最后，數(shù)字伺服信號(hào)轉(zhuǎn)換為針對(duì)不同機(jī)械手手指的模擬伺服信號(hào)。機(jī)械手根據(jù)各個(gè)模擬角度輸入信號(hào)將其指定的手指移動(dòng)到確定的位置，從而使機(jī)械手準(zhǔn)確地反映了操作員的實(shí)際手勢(shì)。利用同樣的原理，這套智能可穿戴手套也可以用來(lái)控制燈泡的顏色。