成果简介
人机界面（HMI）以前依赖单一的感知界面，无法实现三维（3D）交互和多场景的便捷准确交互。本文，清华大学任天令课题组在《ACS Nano》期刊发表名为“Electrooculography and Tactile Perception Collaborative Interface for 3D Human–Machine Interaction”的论文，研究提出了一个协作界面，包括眼电 (EOG) 和触觉感知，以实现快速准确的3D人机交互。EOG信号主要用于快速、方便、非接触的2D（XY轴）交互，触觉感应接口主要用于复杂的2D运动控制和3D 交互中的Z轴控制。
通过激光诱导工艺制备蜂窝石墨烯用于EOG信号采集和触觉传感阵列的电极。两对超薄透气蜂窝石墨烯电极附在眼睛周围，用于监测九种不同的眼球运动。机器学习算法旨在训练和分类九种不同的眼球运动，平均预测准确率为92.6%。此外，通过一对4×4平面电极阵列组装的超薄（90μm）、可拉伸（约1000%）和柔性触觉传感接口连接到手臂上，用于二维运动控制和Z轴交互，可以实现单点、多点和滑动触摸功能。因此，触觉感应界面可以实现八方向控制，甚至更复杂的运动轨迹控制。同时，柔性超薄触觉传感器具有1.428kPa–1的超高灵敏度在0-300 Pa的压力范围内具有长期响应稳定性和可重复性。因此，EOG与触觉感知界面的协作将在快速准确的3D人机交互中发挥重要作用。
图文导读
图1. 蜂窝石墨烯电极的制造和表征。
图2. 蜂窝石墨烯用于眨眼和 EOG监测的电极
图3. 眼动分类的EOG监测和机器学习算法
图4. 蜂窝石墨烯用于触觉感知的电极阵列
图5. 触觉传感器的机械性能。
小结
总之，为3D人机交互提出了EOG和触觉感知的协作界面。眼球运动控制可以设置多个确定的交互状态，以实现快速轻松的2D（XY轴）交互，触觉感应接口可以实现更精确的方向和复杂的2D运动控制以及3D交互中的Z轴控制。开发了一种简单快速的超薄、柔性、透气蜂窝石墨烯电极阵列制备方法收集眼球运动和触觉感知的信号。蜂窝石墨烯具有优异机械性能的电极可用于眼球运动监测和触觉感知。眼动交互与触觉感知界面的合作在未来3D人机交互的应用中具有巨大的潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01310
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