小型、舒適的石墨烯傳感器可以通過測量腦電波的腦電圖（EEG）和測量眼球運動的眼電圖（EOC）等來獲得各種身體信號，包括呼吸、發(fā)聲、溫度和手勢。

機器與人類之間的交互對于元宇宙（metaverse）新技術的發(fā)展至關重要，這些技術旨在通過云計算和擴展現(xiàn)實（XR）增強人類的體驗。石墨烯（Graphene）是一種二維碳材料，已成為可穿戴傳感器技術的理想選擇，為無縫的人機交互（HMI）新時代鋪平了道路。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，由清華大學任天令教授領導的科學家團隊最近概述了基于石墨烯的人機交互傳感器技術現(xiàn)狀，以推進該領域的研究工作。靈活、輕便且可持續(xù)佩戴的先進傳感器技術是人機交互的重要基礎，在元宇宙的沉浸式虛擬世界和可穿戴醫(yī)療保健技術中都有潛在的應用。

目前的研究工作希望創(chuàng)建能夠各種傳感器，以連接每種可測量的身體部位信號，包括大腦、眼睛和嘴巴等。然后，這些測量信號可用于通過接口機器來表征身體狀態(tài)信息。

任天令教授領導的團隊在Carbon Future期刊上發(fā)表了題為“Graphene-based sensors for human-machine interaction”的綜述文章。

任天令教授說道：“這篇綜述文章概述了我們的科研團隊為人機交互界面創(chuàng)建石墨烯傳感器的一些努力。這些傳感器被設計用于人體各種部位的信號測量。本文重點介紹了石墨烯傳感器的目標信號、設計、制造工藝和性能特點。此外，我們還深入研究了石墨烯傳感器未來的潛在發(fā)展，包括多模態(tài)、提高舒適度和智能化?！?/p>

任天令是清華大學集成電路學院教授、信息科學與技術學院副院長，還是教育部長江學者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者，清華大學環(huán)境與健康傳感技術研究中心副主任。

石墨烯是一種僅由單層碳原子組成的材料，這些碳原子以六邊形晶格的形式排列。石墨烯的獨特性能，包括令人印象深刻的導電性、低化學反應性、靈活性和重量輕，使該材料成為人機交互界面傳感器開發(fā)的理想選擇。

任天令教授繼續(xù)說：“該綜述論文概述了用于測量身體信號的石墨烯傳感器研究進展。人體從頭到腳的很多部位都有潛力發(fā)展成人機界面。大腦、眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、喉嚨、指尖、皮膚、關節(jié)、腳都可以作為基于腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）、眼電圖（EOG）、眼動、光線、呼吸、聲音、觸摸、溫度、運動、步態(tài)和其它生理信息的人機交互界面?！?/p>

人類還可以從機器生成的輸出中受益，并且可以在信號測量（例如聲音感知）和信號輸出（例如聲音生成）之間交替的多模式傳感器的開發(fā)對于人機交互界面特別有用。任天令教授的團隊在之前的一項研究中展示了基于石墨烯的聲音產(chǎn)生技術。

任天令教授還表示：“借助機器學習，人機交互界面可以實現(xiàn)語音識別、情感分析、內(nèi)容處理等，非常適合于智能機器人?！?/p>

基于石墨烯的傳感器開發(fā)的挑戰(zhàn)之一是實現(xiàn)足夠大的測量范圍以檢測寬動態(tài)的感覺，例如觸覺。為此，科研人員使用松散堆疊的激光刻劃石墨烯（LSG）薄膜開發(fā)了具有寬靈敏度范圍的石墨烯壓力傳感器。該LSG薄膜的密度隨著壓力的增加而增加，增加的薄膜密度反過來會引起測量電阻的變化，其測量范圍足夠大以實現(xiàn)高靈敏度。

任天令教授表示：“該綜述論文將刺激新型石墨烯傳感器的開發(fā)工作，從而促進更自然的人機交互界面并改善醫(yī)療保健中的實時數(shù)據(jù)收集和響應。用于人機交互界面的石墨烯傳感器預計在未來幾年將變得更加多樣化和實用化。在身體的同一部位，人類和機器能夠以多種不同的方式與不同的信號進行交互?！?/p>

審核編輯：彭菁