91九色蝌蚪_丁香六月狠狠综合天香_亚洲永久精品国产大片_国产b站免费版视频_老色鬼在线播放精品视频_天天看片97涩_小黄人福利导航_久久99精品国产麻豆婷婷_国产91精品精华液一区二区三区_91九色麻豆_综合亚洲欧美精品日韩?v_天天日天天日天天日天天日天天日天天日 _蜜月国产免费福利片_久久99国产精品片久久99蜜桃_国产精品无码专区在线观看_免费在线1区2区3区

搜索：  
澳門大學周冰樸課題組 《Nano Energy》：基于電磁感應(yīng)、可響應(yīng)手指滑動方向的柔性人機交互界面
2022-08-10  來源：高分子科技

  基于柔性可穿戴器件的人-機交互界面作為人體和設(shè)備溝通的橋梁，能將人體的各種動作指令轉(zhuǎn)化為設(shè)備可識別的電學信號，因而得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。在人機交互中，手指點擊（tapping）和滑動（sweeping）是兩種常見的操作方式。然而，前期的柔性傳感器件往往聚焦于壓力“點擊”這一動作，而“滑動”則較少被提及；再者，多指令的交互界面往往依賴于器件的陣列化，這無疑會增大整體器件面積！癝weeping”是一種"方向性"的操作，在僅用一個器件而不采用陣列式的情況下，如何辨別手指滑動方向且輸出可識別信號是一個必要的前提。


  有鑒于此，澳門大學周冰樸研究團隊與五邑大學羅堅義教授合作，提出了一種基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象、可識別手指滑動方向的可穿戴柔性人機交互界面。通過設(shè)計軸向（水平）充磁的柔性微柱子陣列，手指滑動施壓可以實現(xiàn)微柱子陣列在不同方向的偏折下，底部柔性線圈內(nèi)所感知的磁通量出現(xiàn)正負值差異，進而獲得完全相反的電壓輸出信號。該傳感器能夠在不同方向的外力刺激下輸出可區(qū)分的電學信號，因而有望在多模式的人機交互、智能控制等場合發(fā)揮作用。相關(guān)研究成果以“Sweeping-responsive Interface Using the Intrinsic Polarity of Magnetized Micropillars for Self-Powered and High-capacity Human-machine Interaction”為題發(fā)表在《Nano Energy》。文章第一作者為澳門大學應(yīng)用物理及材料工程研究院博士生丁森。該工作受到了澳門科學技術(shù)發(fā)展基金（0088/2021/A2, 0026/2020/AGJ）的經(jīng)費支持。


圖1 基于電磁感應(yīng)的柔性交互式界面的工作原理示意圖。


  該人機交互界面由多根沿軸向磁化的柔性PDMS/NdFeB微柱及下方的銅線圈組成。如圖1所示，每一根軸向磁化的微柱，皆可看成是磁極沿著軸向分布的微型柔性磁鐵。當施加水平應(yīng)力時，微柱會產(chǎn)生彎曲形變，同時穿過下方線圈中的磁通量會產(chǎn)生變化；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當柱子朝不同方向彎曲形變時，穿過線圈的磁通變化量的符號會截然相反，進而使得線圈中的感生電動勢的波形也截然相反。通過線圈中感生電動勢符號的差異，則可以識別手指“掃動”的方向，進而實現(xiàn)不同場合中人機交互的應(yīng)用。

 

圖2 人機交互界面的多方位表征及性能優(yōu)化。（a）人機交互界面的穿戴和形貌展示。（b）交互界面的整體性能優(yōu)化。（c）沿不同方向磁化后的微柱陣列。（d）沿不同方向磁化后的微柱陣列形變后，線圈中的感生電動勢對比。


  柔性和可穿戴性能是考量人機界面實用性的另一個維度，由于整個界面是由PDMS、NdFeB顆粒和激光加工的銅箔制備而成，因而呈現(xiàn)出良好的柔性（圖2a）。另外，器件整體小巧輕便，便于穿戴。為了平衡電學響應(yīng)性能和形變能力，作者進行了一系列優(yōu)化實驗（圖2b），最終敲定了單個微柱半徑為0.25毫米，高度為3毫米，相鄰微柱間距為1毫米的5×5陣列。不同于縱向磁化，軸向磁化的設(shè)計賦予了此界面方向判別的能力。作者進一步對不同磁化方式的微柱陣列進行了響應(yīng)能力的對比。圖2c展示了沿不同方向磁化后微柱陣列的形貌特征。沿著縱向磁化的微柱陣列末端相互排斥，與之相反，沿著軸向磁化的微柱陣列末端則相互吸引。圖2d則展示了磁化方向?qū)τ诜较蚺袆e能力和人機交互能力的影響。沿著縱向磁化的微柱陣列在朝不同方向彎曲偏轉(zhuǎn)時只能輸出一種信號，而沿軸向磁化的微柱陣列則可以輸出兩種截然不同的信號，因而能夠在后續(xù)的電路信號處理中獲取更多的可能性。

 

圖3人機交互應(yīng)用展示。（a）基于滑動方向的手機翻頁器。（b）在水下仍可以穩(wěn)定運行的摩爾斯電碼。（c）鉛球游戲界面。


  經(jīng)過后續(xù)電路的濾波、放大和傳輸，該人機交互界面可針對不同場合設(shè)計相應(yīng)功能。圖3a展示了一個基于滑動方向的手機翻頁器，當手指沿著不同方向滑動時，線圈中的感生電動勢的符號會截然相反，經(jīng)過后續(xù)電路的處理，可以方便直觀地實現(xiàn)手機翻頁的功能。另外，磁場變化并不易受周圍環(huán)境溫、濕度的影響，因而呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。通過定義不同的感生電動勢，一款水下仍可穩(wěn)定運行的摩爾斯電碼系統(tǒng)可以被實現(xiàn)（圖3b）。在一次滑動過程中，柔性微柱的形變和恢復會在線圈中感生出兩個符號相反的電動勢，而兩電動勢之間的時間間隔則可以被人為的控制（圖3c）。因此，作者們還開發(fā)一款投擲鉛球的小游戲。在游戲過程中，當柱子發(fā)生形變時，游戲中的人物則開始蓄力，并根據(jù)電動勢的符號選擇鉛球的投擲方向；當用戶松開柱子使柱子恢復至初始狀態(tài)，游戲中的人物將鉛球拋出，整個蓄力的時間則可以人為控制。作者通過對整個可穿戴體系的優(yōu)化，展示了該界面在自供電響應(yīng)及穩(wěn)定性、方向識別等方面的優(yōu)勢及人機交互中的應(yīng)用潛力。


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522007492?via%3Dihub

版權(quán)與免責聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞