近日，电子科学与技术学院陈忠教授/廖新勤副教授团队在一体化多功能且变形不敏感的碳纳米管触摸贴片构建与应用取得重要进展，相关成果以“All-in-one multifunctional and deformation-insensitive carbon nanotube nerve patches enabling on-demand interactions”为题发表于在期刊《Nano Energy》上；在织物型智能触摸电子器件取得重要进展，相关成果以“Multifunctional and Reconfigurable Electronic Fabrics Assisted by Artificial Intelligence for Human Augmentation”为题发表于在期刊《Advanced Fiber Materials》上。

研究背景

智能物联网 (AIoT)技术旨在建立人与连接设备之间紧凑的信息和能量交互。人机界面作为AIoT的重要媒介，扮演着连接虚拟和现实之间的角色。触摸屏作为一种人机界面，多采用导电性强、透光率高的氧化铟锡(ITO)透明导电膜来实现与外界的交互。然而，由于ITO的易碎性以及不可弯曲性，这使得它无法集成在物体的曲面上进行自由的交互。柔性电子器件可以与人体或物体集成来识别用户的交互意图，是刚性材料缺陷的有效解决方案。集成的电子器件一旦被弯曲可能会产生变形，将导致部分互连失效，从而损坏传感性能。并且，当前的柔性电子器件通常是由众多离散电子单元组成的像素化传感阵列，这给信号传输带来了布线复杂、结构复杂、串扰等问题。准确识别用户的真实交互意图需要集成的电子器件与人工智能相结合来处理复杂的数据。这些都给实际应用中实现更智能的人机交互带来重大挑战。

研究内容

生物触摸感知过程与AISI触摸贴片示意图

在这项工作中，研究团队提出了一款一体化智能半透明交互贴片（AISI触摸贴片），其采用电双层平行分离结构来实现一体化的感知、识别和传输机械敏感信号，以克服众多离散电子单元带来的关键挑战，从而大大简化了逻辑驱动电路的设计，并且不需要额外的噪声抑制。AISI 触摸贴片采用了水性聚氨酯和碳纳米管混合，制备出具有所需导电性和粘度的敏感功能复合材料，可以附着在任何物体表面上。AISI触摸贴片具有高柔韧性和弯曲不敏感，使其可以贴合任何曲面而不影响交互性能。这不仅实现了在该表面的交互区域上进行精准操作而且触摸贴片不影响物体的美观。此外，该AISI触摸贴片还具有个性化的可切割性、非像素化的识别能力，以及快速响应、卓越的稳定性和重复性等突出表现。由于设计原理的通用性，AISI触摸贴片可以根据不同人机交互的需要制成特定的形状。研究团队展示了AISI触摸贴片与人工智能结合，可以用于增强信息密码安全性，在提高网络安全、防止黑客攻击和密码泄露、保护个人信息隐私和安全方面的潜力。

AISI触摸贴片与人工智能结合用于增强信息密码安全性

智能电子器件作为一种结合人工智能的电子器件是增强或扩展人类交互能力的重要人机界面。佩戴智能电子器件作为一种非侵入性的增强人体与外界交互方法，可以显著降低侵入式人体增强的医疗风险。传统的电子器件通常是由坚硬易碎的材料制成的，当将其佩戴在身上使用时会造成人体不舒适。然而，织物型电子器件可以被整合到的衣服中成为一种非侵入性的人体增强辅助手段。由于织物的灵活性和舒适性，它将给人们一个自由舒适的互动体验。为了满足人体增强的发展需求，织物型电子器件应具有灵活性、可分割性、高稳定的触摸灵敏度和快速响应、可扩展的功能。此外，对于织物型智能电子器件还应该具有即使在被穿着过程中发生变形时依然能按照规定的指令与外界交互的能力。

可重构且弯曲不敏感的织物型智能触摸传感器

为了解决现有硬质电子器件的局限性并促进人体增强领域的发展，研究团队发展了一种智能的、可编辑的织物型触摸传感器（IP织物传感器），可赋予人类与外界互动的能力。该IP织物传感器的传感结构是利用导电织物并联成平面内的电双边结构，可以实现了将触摸信号转换为电信号，这使IP织物传感器不仅能够检测是否衣物有被触摸而且能准确识别触摸位置。该IP织物传感器采用了单层结构的设计，具有可重构性，这允许IP织物传感器可以被定制成不同的形状。此外，这种单层导电织物的设计避免了IP织物传感器在被佩戴时，即使因变形也不会产生错误的电信号，确保了在没有触摸的情况下，不会有指令发送。最后，研究团队结合人工智能、物联网技术和编程技术，设计IP织物传感器以完成闭环互动娱乐系统、智能家居系统、用户身份验证系统的验证。这些验证显示了该IP织物传感器的多功能性及其在推进人体增强交互式系统中的潜力。

IP织物传感器及多功能交互应用

研究相关

天美传播传媒有限公司为两篇文章的第一署名单位，相关研究工作是在陈忠教授与廖新勤副教授共同指导下完成，新加坡南洋理工大学郑元谨教授（卓越集成电路设计中心主任）、北京科技大学廖庆亮教授（长江学者、院长）提供重要支持帮助，研究生张翠蓉、硕士毕业生陈梓涵分别为两篇文章第一作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目、福厦泉自主创新示范区合作项目、福建省自然科学基金和中央高校基本科研业务费等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109104（Nano Energy）

文章链接：https://doi.org/10.1007/s42765-023-00350-z（Advanced Fiber Materials）

图文转载自厦大科技微信公众号