时隔不到一月，再发顶刊。继三月所发 Nature 论文成果首次实现亚 1 纳米栅长晶体管之后，清华大学集成电路学院任天令教授团队，结合多年深耕石墨烯研究的基础，着眼于当下正火的元宇宙，研发出一款可集成眼动交互和触觉感知的协同界面，实现了快速准确的 3D 人机交互。

图 | 任天令（来源：任天令）

4 月 6 日，相关论文以《三维人机交互的眼电与触觉协同界面》（Electrooculography and Tactile Perception Collaborative Interface for 3D Human–Machine Interaction）为题发表在 ACS Nano 上 [1]。

图 | 相关论文（来源：ACS Nano）

用最简单的结构，实现最理想的效果

（来源：ACS Nano）

因此，该团队开发出蜂窝状石墨烯电极作为感知层，由于石墨烯和皮肤之间的直接接触，离子（I−) 和电子（e−) 在石墨烯电极和皮肤之间的界面上直接交换，没有离子浓度的衰减，这确保了电极-皮肤的低阻抗性。

相比传统的金属电极，结合柔性聚氨酯的蜂窝状石墨烯电极材料，具有超高的柔性和可拉伸性，拉伸应变范围可高达 1000%，并且此次采用的是基于医疗级的超薄柔性聚氨酯薄膜，本身具有高度透气性、贴附性和生物兼容性，这让电极材料与皮肤实现了完全的共形贴合，具有抗运动的长效贴附稳定性，再加上微米级孔径的蜂窝状石墨烯，电极具有优异的透气性和舒适性。

这也是使用化学气相沉积法制备的石墨烯传感器所不具备的优势，使用该方法制备的石墨烯往往不具备可拉伸性，且在制备更复杂、更昂贵，性能差异也更显著。而该团队基于激光诱导工艺制备的蜂窝状石墨烯，可直接实现图形化定制，再结合机械剥离转移的工艺，让电极的制备更加容易，并让该团队最终实现了大规模阵列化制备。

转动眼球即可控制轮椅的前后左右移动

目前已有的头戴式 VR 设备，主要提供视觉和听觉效果体验，而其交互设备主要依靠手持控制器。VR 属于新一代信息技术的集大成者，在硬件上除了终端之外，还需要空间定位、手势交互、眼动追踪、语音交互等一系列感知交互技术，在核心配件上则需要光学器件、显示屏、芯片、传感器等，所需要的技术十分复杂。

事实上，在收集眼电信号之后，该界面可以实现快速、便捷、非接触的二维人机交互，例如控制四轴飞行器的上、下、左、右运动。然而，面对其在三维空间的飞行或复杂的飞行轨迹控制，眼电信号信号的交互控制在精度和维度上都有局限性。

因此，任天令团队才有了开发这款辅助界面的想法，以便实现精确可控的三维人机交互，为了实现操作上的合理性，他们想到通过可穿戴的触觉感知界面，去实现视觉和触觉协同交互的三维人机交互界面。

其中，眼电信号交互界面主要用于快速、便捷、非接触的 2D（XY 轴）交互，触觉感知界面则主要用于复杂的 2D 运动控制和 3D 人机交互中的 Z 轴控制。

（来源：ACS Nano）

在应用前景上，由于眼电信号界面和触觉感知界面均是柔性可穿戴的，因此它们在协同作用之后，可以提供虚拟世界的三维空间定位和便携式交互，让人们告别手持笨重的交互控制器，并可通过眼电信号信号实现精准的眼动追踪，在解放双手的同时还可自由体验视、听、触觉沉浸式虚拟世界的真实感受。

在现实世界中，也可作为人和机器的交互界面。比如，对于运动障碍人士来说，可让其通过眼球的运动，去实现控制轮椅的前、后、左、右移动。总而言之，这款人机协同界面可给虚拟世界和现实世界提供自由无束缚、沉浸式的人机交互体验。

日后，该团队将在当前研究基础上去开展具体的应用，他们将进一步提高眼电信号交互界面和触觉感知界面的交互分辨率，并将设计眼电信号信号与触觉感知界面信号的专用采集和无线传输电路，以期充分发挥视觉与触觉的协同作用，再结合 VR 视觉设备，最终有望实现在虚拟空间中的三维人机交互的实际应用。

当头戴式的 VR 设备被智能隐形眼镜替代，我们在体验沉浸式的虚拟世界时，感受也会更真实更自由，还有望通过控制眼球运动去浏览各种信息、以及执行简单的交互，更有望通过可穿戴触觉感知辅助界面实现便携式精准交互。

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参考：

1、Xu, J., Li, X., Chang, H., Zhao, B., Tan, X., Yang, Y., ... & Ren, T. L. (2022). Electrooculography and Tactile Perception Collaborative Interface for 3D Human–Machine Interaction. ACS nano.